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符合 ASTM E399/ISO 12135 标准的断裂韧性试验：如何降低成本和复杂性

单一系统即可完成两类试验：智能地进行 KIC 测定。

仅仅了解最大拉伸强度并不足以保证材料安全性。真正关键的问题是，当材料出现缺陷（例如制造过程或机械载荷导致的微小裂痕）时会发生什么反应？材料的断裂力学性能会对此产生很大影响。在这一领域，ASTM E399 是最重要的标准之一，主要关注临界应力强度因子 KIC。

该值可表明受裂纹影响的材料能够在多大程度上抵抗不稳定裂纹扩展，或者说材料失效前裂纹尖端附近的应力场密度能够达到多高。这一指标至关重要，在航空航天、汽车工程或能源技术等注重安全性的应用领域尤其如此。

ASTM E399 标准具体规定了哪些试验内容？

ASTM E399 标准规定了在线弹性条件下测定断裂韧性值 KIC 的试验条件。其独特之处在于，试验时需要选择拥有指定裂纹的标准试样，通常为 CT（紧凑拉伸）或 SEB（单边弯曲）试样，然后在准静态载荷下引导试样断裂，以评估裂纹处的应力强度。

为获得有效结果，必须确保：

  • 材料表现出线弹性行为
  • 试样拥有具备特定属性的“天然”裂纹（锋利、达到特定长度且之前的应力场明确）
  • 试验步骤精确可控
  • 评估方法严谨，符合标准规范

由此可见，想要按照 ASTM E399 标准执行试验并不容易。试验机、软件及操作人员都必须满足严格的要求，并且很多试样所需的测试时间都非常长。

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Vibrophore 系列试验机：高效精确

ZwickRoell 产品系列中的 Vibrophore 试验机最初专门开发用于疲劳试验（例如符合 DIN 50100 标准的 S-N 曲线测定），但该设备拥有一项巧妙的额外优势，它能够通过机械方式禁用谐振器，因此还可用于准静态试验，这使其成为了按照 ASTM E399 标准开展试验的理想装置。

优势不言而喻：

  • 单一系统即可支持两种试验方法：在同一台试验机上执行疲劳试验和断裂韧性试验
  • 高效节能：在共振模式下，Vibrophore 能耗仅为同类电液伺服疲劳试验机的 2%
  • 维护需求小：无液压系统、无油、无冷却装置
  • 安静清洁：无噪音干扰或油雾污染，十分适合实验室环境
  • 自动化评估：配合 testXpert 测试软件，可直接生成符合 ASTM E399 标准的测试结果文件并存档

实际案例

许多测试实验室（例如金属加工企业或航空业供应商的实验室）都需要定期开展疲劳试验和断裂力学试验。Vibrophore 可作为万能解决方案，免去您维护两个系统的麻烦。该试验机白天按照 ASTM E399 标准执行准静态 KIC 试验，夜间则通过持续循环运作进行 S-N 曲线测定。两种操作模式可高效切换，无需工具辅助。

尤其在测试量大或时间紧迫的情况下，这种灵活性能够显著提升设备利用率并降低运行成本。培训需求也会相应减少，因为试验员只需掌握单一系统即可。

精心设计、经济高效

Vibrophore 的总体运行成本尤为低廉。传统电液伺服系统不仅使用成本高，还需要定期维护（比如换油、更换滤芯、检修阀门）并安装复杂的冷却系统，相比之下，Vibrophore 试验机：

  • 维护需求小（几乎无机械应力部件）
  • 节省空间（无需额外动力源）
  • 长期成本效益高

结论：使用 Vibrophore 更加智能地执行符合 ASTM E399 标准的试验

断裂力学试验在技术、标准化和管理方面都存在很大挑战。如果您希望采用高效且面向未来的解决方案，Vibrophore 可谓理想之选。您可以在同一台试验机上执行动态和准静态试验，从而既降低投资和运行成本，又提升测试实验室的灵活性。

ZwickRoell 的 Vibrophore 试验机助您有效应对各种断裂力学试验挑战，确保满足 ASTM E399 标准、ISO 12106 标准以及疲劳试验的要求。

ZwickRoell热线

您是否希望了解 Vibrophore 试验机与您的测试实验室的适配度？或者，您是否需要关于执行 ASTM E399 标准的帮助？


我们的专家随时为您提供建议。

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Schmid
Dr. Harald Schmid

Global Industry Manager Metalle – ZwickRoell GmbH & Co. KG

Als Global Industry Manager verantwortet er die Branchenstrategie im Bereich Metalle mit Fokus auf Marktbeobachtung, Weiterentwicklung von Prüflösungen sowie der vertrieblichen Unterstützung im internationalen Umfeld.

Er bringt umfassende Erfahrung aus der Normungsarbeit mit und engagiert sich aktiv in verschiedenen Gremien: unter anderem im internationalen ISO-Komitee „ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals“ sowie in nationalen DIN-Arbeitskreisen wie dem NA 062-01-42 AA Zug- und Duktilitätsprüfung für Metalle und dem NA 062-01-47 AA Schlagzähigkeitsprüfung für Metalle und mechanisch-technologische Prüfung an metallischen Rohren.

Sein akademischer Werdegang begann mit einem Maschinenbaustudium (B.Sc. & M.Sc.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Nach internationalen Stationen im Maschinenbau forschte er an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg als wissenschaftlicher Mitarbeiter mit Fokus auf Materialcharakterisierung und Blechumformung. Seine Promotion widmete er dem Thema Tiefziehprozesse mit Ziehsicken.

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