Halvar Schmidt 博士, Fraunhofer 结构耐久性和系统可靠性 LBF 研究院

专访: Halvar Schmidt 博士, HBM Award 2014 获得者

在达姆斯塔特举办的第四届结构耐久性研讨会 Darmstadt' (SoSDiD) 上, Halvar Schmidt 博士, Fraunhofer 结构耐久性和系统可靠性 LBF 研究院 的科学家, 其论文 " 结构连接件在可变振幅负载下的振动强度分析" 获得了 HBM Award 2014。

对于汽车轻质化结构来说,粘结结构具有显著地优势 – 这也是为何 Halvar Schmidt 博士开发的计算程序尤其引人注目的原因。在访谈中,他解释了这个程序的优势所在,以及对于新一代汽车开发的意义。

您开发的复杂粘结结构计算程序对于开发汽车轻量化结构具有非常重要的意义,这个程序的主要优势在哪里?

最大的优势其是面向应用的。主要体现在确保参数的实验测定以及疲劳寿命计算方面。包括试样、加载 (见图 1 和 2) 以及计算程序的限制条件等。例如,极短时间内计算线性化的弹性模量,获得实用性的结果和扩展性。

也有可能实验证明如果实际负载随机变化可能存在的轻质结构并进行验证(见图 3). 

图1: 试样(实际部件在左侧, 带安装的部件 CAD 模型在右侧)
图2: 使用的载荷谱, 'CARLOS vertical, modified'

您的研究结果对于汽车发展的意义何在? 其能够加快汽车车身结构的创新和发展吗?

研究工作不会导致汽车工业的一场革命。在耐久性方面,粘合技术依然处于起步阶段。我们的研究成果能够更好地评估粘合点以及连接件的结构,尤其是在振动强度方面,能够了解和发掘这些技术和部件的潜力。能够避免过度设计,减少不必要的重量和成本。通过可靠的计算分析产品原型。

作为金属片焊接的初步性检查,故障和裂缝检测的一部分,应变片 和热弹性应力分析通常用于周期性硬度和应力。应变片的优势在哪里?为何使用 HBM 应变片?

应变片通常用于测量精确定义区域的局部应变,可靠且非常灵敏。当初期裂纹被检测到,应变片能够反应连接区域的最小变化 (在这种情况下,表面应力来自于裂纹的变形)。为何使用 HBM 应变片是由于其在我们过去的应用中具有非常优异的表现,包括可靠性和精度。应变片具有非常高的广泛性,如图 4。

图4: 应变片采用点焊的方式安装
对点焊样品进行应变测量
应变片黏贴方式安装

疲劳寿命的计算和分析将有助于汽车的粘合结构和超轻量级结构的发展。在其中,您使用了 nCode GlyphWorks 软件。您如何评估这款软件?

首先,这个软件界面非常友好。除了控制界面,还包括进一步数据处理和定制化选项,非常适合开发和扩展计算功能。包括 nCode DesignLife, 能够适合多种应用。

图 5: HBM nCode GlyphWorks 软件
图 6: HBM nCode DesignLife 软件

您的工作表明,需要差异化地考虑裂纹的萌生和发展阶段,才能真正有意义地采用断裂力学对部件进行疲劳寿命分析。您认为 光纤应变片 的重要性在哪里?

如通常所说的,这取决于具体的应用。一般来说,这是一项非常有前途的技术,能够更精确地测试服务寿命,尤其是组件或结构的断裂行为。尽管光纤应变片能够产生用于计算的基本数据,但是在此领域还缺乏足够的知识。将光纤应变片埋入到复合材料中,是现在使用最多的方式,另外,在高压环境下,是一种更好的选择。

图 7: HBM OptiMet OMF 单模光纤

您未来研究的主要方向是什么?

在连接件耐久性研究方面还有很多工作要做,尤其是粘合结构,全面细致地分析了解。例如多分量加载疲劳寿命分析,粘合结构的振动强度等。这方面我们还有很长的路要走,在达姆斯塔特的耐久性实验室,德国正在对用于塑料的双固化黏合剂的梯度层进行测试。

以后我将专注于汽车整体结构耐用性研究。

达姆斯塔特结构耐久性研讨会 (SoSDiD)

Fraunhofer 结构耐久性和系统可靠性 LBF 研究院

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