塑料在功能材料中所占的比例越來越大了。當前的零部件設計都是按照傳統的方法設計的。因此，常常不能充分發掘所用材料的性能潛力。而利用實驗模擬可以成功的發揮所有材料的最大潛力。
長期以來，在對塑料材料的零部件進行設計時常常都是按照靜態特性數據、利用安全系數和不同的收縮系數來確定其常規尺寸。這種設計方法，從滿足操作、使用強度要求的意義上講，大多數都是不真實、不可信的。這里沒有考慮到收縮系數可能出現的相互作用。而且估算的收縮系數本身就是不保險的，很容易導致設計的尺寸規格過大、或過小。一種能夠充分挖掘塑料材料性能潛力的設計方法就是利用實驗模擬來確定其尺寸大小。
圖1.多功能測試樣件的充填模擬。
實驗模擬
這里介紹的實驗模擬技術是基于滿足使用強度要求的設計技術，它更深層次的考慮了各個收縮系數的相互作用。一般來講，像材料、零部件幾何形狀和尺寸、生產制造工藝技術和使用條件下的載荷大小等參數在確定滿足使用強度要求的尺寸設計時都是至關重要的參數。
而這些參數都是相互影響、互相干擾的，而且在大多數應用設計時都常常受到成本費用這一因素的制約。每一個設計的目標都是：確定材料、材質、(幾何)形狀、生產制造工藝，在重量最輕和成本費用最低的情況下滿足所要求的功能。
從強度的意義上看這就意味著：承受的載荷要始終小于承載能力。數字化的工作負載模擬結合實驗性的材料檢驗就能夠完成這樣的承載能力評判。零部件的載荷情況可利用有限元法來確定(載荷、幾何尺寸、材料)。根據從標準試樣或者與零件相似試件材料實驗得到的數據可以確定出材料的承載能力，并與零部件設計計算的結果相互比較。
圖2.多功能內部壓力檢測的裝備。
材料數據的測定
為了獲得零件設計所需的材料在不同應用條件下的真實數據，就要在實驗模擬中，就要考慮到滿足工作要求所需具備的所有重要影響因素。這也意味著：被測試樣的形狀選擇外、生產制造工藝過程，和在合適的試樣上施加機械載荷以及環境污染的模擬是一樣重要的。
環境污染情況對塑料材料的承載能力有著很大的影響。例如，在確定利用注塑工藝技術生產的短纖維增強的熱塑性塑料件的尺寸時，所使用的測試樣本就要在類似真正零件的生產條件下制造出來。因為在短纖維增強的熱塑性塑料生產過程中，會因生產工藝過程的不同，例如壁厚、形狀、注塑工藝而使得短纖維有著不同的方向。因此，被測樣本的這些特性應盡可能的與真實零件保持一致或相似。如果沒有充分考慮這些特色帶來的后果，則會是：被測試樣和真實的塑料零件有著完全不同的各向異性特性。
一般來講，零件都是有凹痕。例如由零件橫截面幾何尺寸、形狀的變化帶來的凹痕會帶來應力集中。而應力集中又會影響零件的承載能力。因此，在設計確定零件尺寸時就必須注意到凹痕的問題、采用特別的材料檢測方法來考慮應力集中。
圖3.完成了內部壓力檢測的多功能測試樣件。
多軸向負荷
一般情況下，零件承受的載荷是多軸向負荷;也就是說從空間的幾個方向受力。而目前的設計方法大多數都沒有充分考慮這種負荷。設計塑料零件使用的材料模型大多數都是在簡單的性能檢測試棒的基礎上、在單一軸向負載的情況下機械測試的。使用這種在單一軸向負載測試得到的材料性能數據時是有風險的;因為大多數失效假設都是各向異性和塑料材料非線性材料分布不足以承受這樣的各向異性。這也就沒有考慮多軸向載荷之間的相互作用。大多數情況下很難做好多軸向載荷材料性能試驗用的測試樣本。
環境負載
除了選擇材料、試樣的幾何形狀和生產制造工藝之外，還要在真實的使用條件下測試材料的承載能力。當塑料零件所受到多種負荷時，例如受到機械負載、溫度、或者介質影響時，還有明確它們相互作用的結果對機械性能、電氣性能和光學性能的影響。
而在傳統的設計方法中，這些都是利用種種系數來考慮的。這里就沒有考慮各個影響因素之間的作用關系，相反每一個系數都有著降低確定性能的作用。聚合物零件疲勞強度試驗所得到的結論告訴我們：周圍介質對疲勞強度是有影響的。在環境溫度較高時，周圍介質對疲勞強度的降低與施加在塑料零件上的應力有著明顯的關聯。環境介質對拉伸載荷的影響明顯的要大于拉-壓載荷的影響。
另一個需要考慮的問題是塑料零件對周圍介質進行吸附、解吸時的內應力與試樣幾何形狀之間的關系。這里，除了疲勞強度的特征值以外，還要考慮各個應力比的相互關系。當塑料零件吸收周圍介質時，會在其表面產生壓應力，內部產生拉應力。在解吸附時，這一過程完全相反;表面層出現了拉應力、內部出現了壓應力。
塑料零件受到的各種外部載荷作用后的應力是可以相互疊加的。它們疊加的結果既可降低塑料零件的使用壽命也可以延長塑料零件的使用壽命。
多功能測試用材料
弗朗霍夫協會結構耐久性和系統可靠性研究所LBF開發出新的多功能測試用材料的結構形式。利用這一新型試樣可以對塑料的整個生產鏈進行測試：從變流學平衡開始到注塑生產過程直至材料性能和結構測試。多功能測試材料的生產制造工藝運用注塑工藝技術。在多功能測試樣件的生產制造時，可以使用多種不同的塑料材料，例如沒有纖維增強的塑料材料、短纖維增強的塑料材料或者長纖維增強的塑料材料等等。
在多功能試樣制作的前期準備工作中，利用充填模擬對塑料材料的流變特性進行測試。通過這一測試可以對注塑工藝過程的參數進行優化和調整，可以界定可能出現的接縫和塑料件收縮，對纖維方向進行研究。通過對注塑工藝參數的驗證，可以得出注塑工藝參數對所有材料機械性能的影響。
在完成被測試樣的制作之后，可以對多功能試樣進行靜載荷的、動載荷的、蠕變載荷的和交變載荷的內應力檢測。既檢測塑料短時間受力時粉碎的情況，也檢測塑料長時間受力時蠕變，疲勞強度情況。多功能檢測試樣受到的負載即其內腔壓力。施加內腔壓力的介質可以是不同的可燃或者不可燃液體，例如油、燃料、酸或者堿等。檢測時，可以對不同介質短時間和長時間作用的影響進行測定。內腔壓力在最大負載區域內產生的負載是多個軸向方向的負載。
利用有限元法可以測定最高承載區域內的各個承載點處的負荷分量。利用注塑試棒完成了單軸向靜載荷和交變載荷作用的塑料模型可以再按照這種多功能試樣的方法再進行多軸向承載能力的測試。
并可按照最大承載區域中纖維方向的受力情況與受力模型的受力情況進行比較。這樣就有可能對多功能試樣承受內部壓力作用時的工作可靠性進行評估，并把評估結果應用到其它結構要素的塑料零件中。這是一種測定結構要素承受多軸向負載的檢測方法。
輕結構制造
我們所處社會對機動性的要求，迫使我們不斷的尋找替代材料和新的驅動技術方案。而輕結構制造在電動汽車的設計中有著舉足輕重的作用。塑料材料具有高強度、同時重量很輕，最適合用做制造輕結構車輛的材料了。為了充分挖掘塑料材料輕結構制造的潛力，知道塑料零件的機械性能、生產過程、材料、幾何形狀和外部載荷之間的相互作用非常有必要。
小結
這種多功能模擬測試材料的優點是：能夠在塑料研發設計的早期階段就發現可能存在的薄弱環節，知道各種負載相互作用的結果。這不僅僅可以降低產品研發的費用，而且也可以縮短產品投放到市場的時間。利用多功能模擬測試方法可以充分挖掘塑料材料在輕結構設計中的應用潛力，因為它不僅能夠用較低的研發成本快速的設計出合格的塑料件產品，而且還使得設計出來的塑料件更輕、有著更好的工作可靠性。