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聊一聊国产试验机,力学性能试验设备的挑战与机遇

一、行业背景

试验机行业是一个传统而又新型的行业。传统是因为试验机是最基础也最古老的机械设备之一,早在17世纪,伽利略、达芬奇就利用原始的方法,来进行建筑材料的力学性能试验;中国的试验机行业起步于解放初期。说这是一个新型产业,是因为随着新材料的应用和新技术的发展,更高的质量要求不断地对试验机提出更精确和更高性能的要求,以获得更加真实和科学的试验数据,所以先进的高端试验机必须应用最新的综合技术不断提高创新。

目前我国高端的力学测试仪器主要依靠进口,而国外的的生产厂家对很多我国科研和新产品开发必需的试验机设备是禁售的,严重制约了我国工业和科技的发展。

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二、产品需求分析

试验机系统本质上是机械仿真系统,是模仿试验样件在实际应用中的工况进行强度或性能试验。按试验对象可分为材料试验机和结构试验机两个大类。

材料试验机主要适用于金属、非金属、复合材料及制品的拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等各种现实中的载荷用试验标准规定的试样进行规范的物理性能试验,试验标准有GB、ISO、JIS、ASTM和DIN等。该产品广泛应用于航空航天、石油化工、车辆制造、机械制造、电线电缆、塑料橡胶、纺织、陶瓷、建材、家电、医疗、大专院校、商检仲裁、技术监督和科研院所等单位。

结构试验机一般用于从飞机、车辆,到鞋子及建筑的结构件,如零部件、组件以及整机的性能。结构试验可以根据行业标准,但更多的是通过模拟结构件的实际受载工况进行强度、耐久性或其它性能试验。

试验机的类型按试验物理性能要求和方法又可分为静态强度试验机和动态疲劳试验系统。静态试验机主要用于获取或确认材料或结构的弹塑性强度。而动态疲劳试验系统是机械力学模拟系统用于模拟从材料、零部件、结构件,到整机如飞机、车辆、舰船,到人工心脏瓣膜,人工关节在实际应用中受载和环境(如高低温, 盐雾,紫外线)下进行试验来获取或确认材料、结构件或整机的耐久性疲劳强度或性能来验证是否达到设计要求。

高端试验机特别是动态疲劳试验系统是航空航天、军工等领域的研发与质量控制不可或缺的设备。这类高端试验机的主要生产厂家几乎都是欧美的厂家并且是对我国禁售的主要产品。

三、目前国内市场需开发的产品(卡脖子的产品与技术)

目前国产力学仪器急需开发的产品包括两大类别,是个系列的产品,包括:

第一类:新材料测试需要的设备:

1、复合材料力学性能表征测试系统。这类测试设备虽然表面看起来和传统的电子万能试验机差不多,但是很多细节远远高于普通电子万能试验机的要求。在硬件上,必须具备很高的同轴度,才能保证按照试验方法规定的方向加载。工装夹具要求非常高的精度与硬度。软件需要根据试验标准进行特殊的设计。目前该设备主要由美国Instron和德国Zwick公司主导。

2、在生物医药领域,也是进口高端设备的天下。从骨科、齿科到心脏支架、瓣膜,国产设备都很难满足相关试验标准的要求。

3、另外有些特殊的新材料,需要在高温、高压、真空或者腐蚀环境里面测试材料的力学性能,这类专业设备也是进口设备为主。

第二类:动态试验机:

1、应变疲劳系统。应变疲劳应用领域广泛,包括航空发动机、核电、地面车辆、武器装备和舰船等领域,是最重要的力学性能指标之一。应变疲劳作为主要的疲劳失效模式之一,受限于技术瓶颈,之前只能采用昂贵的进口设备。目前市场上以MTS的设备为主,MTS受美国政府出口管制的限制,已经不能为我国航空航天、武器装备等行业提供任何设备。国内大部分的疲劳试验设备目前只能做普通的应力疲劳试验。

2、多轴疲劳系统。包括轴向-扭转动态双轴疲劳系统、双轴双向、三轴六向疲劳系统、多轴协调加载系统等,这类高端试验机的主要生产厂家几乎都是欧美的厂家并且是对我国禁售的主要产品。

四、 国产设备厂家分析

由于以前高端试验机市场长期被进口设备垄断,国内高端用户不缺钱,也不考虑购买国产设备。所以国内试验机企业长期处于中低端市场打价格战,既没有能力、也没有动力去研发高端的试验设备。中低端市场规模大、风险低,而且随着工业化4.0的风潮兴起,由试验机和机器人组合的全自动试验系统需求大增,这个技术风险低(普遍采用德国ABB的机器人)、见效快,所以大家都一窝蜂的去做全自动试验机,而对高端试验机的研发根本没有人沉下心来去踏踏实实的投入。造成的后果就是在高端试验机领域和国外的差距越来越大。

这几年国外高端设备陆续对国内禁售以后,很多客户改变了观念,不再一味追求进口高端设备,也给了国内试验机厂家一些机会。以力试为代表的国内试验机企业也慢慢聚焦到高端的试验机的研制开发,并取得了一定的进展。

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五、力试公司做的工作与取得的成果

经过多年的技术积累,力试科仪的团队已经掌握了高端试验机生产的关键核心技术!

力试的核心技术:

1、先进的控制技术,可以进行应变控制的静态和动态试验;

2、领先的测量技术,特别是高温应变测量、非接触应变测量技术,填补了国内空白;

3、领先的软件技术,各种专业的先进复合材料试验软件包,疲劳和断裂力学软件包,弹性体试验软件等等;

4、超高温、超低温的环境模拟能力,完全替代国外禁售的测试方案,为民族工业和国防科研助力!

5、具有多轴协调加载的解决方案能力,目前是国内唯一一家具备多轴协调加载辅助系统解决方案的公司!

6、针对不同行业市场设计的专业的检测设备,集成度高的工业化产品,交钥匙工程的解决方案!

近几年随着中美贸易战,大量的客户无法购买到满足他们试验需求的进口设备。济南众标迎难而上,为中国航空材料研究院、中国航空制造研究院、中国飞机强度研究所以及西北工业大学、南京航空航天大学等大量的客户研发了大量他们急需的高端测试设备,解决了被进口设备卡脖子的问题!

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