CN102735608A - 一种冰层结合强度的测试方法 - Google Patents

一种冰层结合强度的测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102735608A
CN102735608A CN2012101969795A CN201210196979A CN102735608A CN 102735608 A CN102735608 A CN 102735608A CN 2012101969795 A CN2012101969795 A CN 2012101969795A CN 201210196979 A CN201210196979 A CN 201210196979A CN 102735608 A CN102735608 A CN 102735608A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ice sheet
test
bond strength
ice
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012101969795A
Other languages
English (en)
Inventor
丁桂甫
葛亮
姚锦元
李艳春
汪红
张丛春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN2012101969795A priority Critical patent/CN102735608A/zh
Publication of CN102735608A publication Critical patent/CN102735608A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/42Low-temperature sample treatment, e.g. cryofixation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/04Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating

Abstract

本发明公开了一种冰层结合强度的测试方法,即采用孤岛法,在冷库中将测试材料固定在载物平台上,同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动,对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试,使得冰层从基底脱落。力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中,得到冰层与基底的结合力,进而得到测试材料与冰层的结合强度。本发明适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面与冰层结合力的测试,测试结果准确;对材料及其尺寸和粗糙度均无特殊要求;另外,本发明对结合强度进行直接测试,可一次性获得大量实验数据。

Description

一种冰层结合强度的测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及材料性能检测技术领域,特指一种界面冰层结合强度的物理测量方法,适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面的界面冰层结合强度的测定。
背景技术
[0002] 在工程应用中,低温环境下常常会发生结冰现象,水凝固成冰的过程中体积增大,流动性减弱,材料表面会有冰层驻留在甚至形成冰块,冰块 的积聚会造成材料受重的急剧增加,有些情况下会对人们的日常生活和国家的经济建设带来很多不便甚至不可想象的灾难。例如,飞机在空中飞行时,在翼面前缘和发动机进气道内易发生结冰,致使飞机操稳特性恶化,甚至造成机毁人亡;天上落下冻雨,掉在电线上立刻就会结成坚实的冰,这样下来,结的冰柱会越来越大,越来越重,供电网就会承受不了,造成破坏成灾;冬天由于路面结冰,易出现交通事故。面对这些问题,就需要研制防冰除冰材料,而材料与冰层的结合强度就成为了一个关键性的指标。
[0003] 飞行中,飞机的结冰主要是由云中过冷水滴碰到飞机机体后结冰形成,也可由大气中水汽直接在机体表面凝华而成。这里所说的过冷水滴指的是一种高空云层中普遍存在的不稳定的,稍受震动便立马冻结成冰的水颗粒,这种微小的水颗粒分布于许多云团中。当飞机在这样的云团中穿行时,一旦机体表面温度低于o°c,过冷水滴就会在机体表面某些部位冻结,并聚积成冰。飞机的突出部位通常是较容易结冰的,比如,机翼/尾翼的前缘、翼面、发动机螺旋桨叶片、发动机进气口、空速管、飞机风挡、天线等。概括起来,结冰对飞机的危害主要有以下几个方面:破坏飞机的空气动力性能;降低动力装置效率,甚至使发动机产生故障;影响仪表和通讯,妨碍飞行员目视飞行。
[0004] 电线冰会造成以下危害:1.损坏杆塔,线路覆冰过厚,会使杆塔机械荷重越载而折断。2.线路跳闸,对于导线垂直排列的线路,当下层导线上的覆冰先脱落时(导线上的覆冰不一定同时脱落),导线就会迅速上升或上、下跳跃,造成相间短路,使线路开关跳闸,供电中断;3.绝缘子串倾斜、导线严重下垂。线路各档距内的覆冰厚度不均匀时,导线弧垂将发生很大变化,造成悬垂绝缘子串倾斜,在覆冰过厚的档距内,会造成导线严重下垂而发生接地事故;4.绝缘子串覆冰后,会大大降低绝缘性能,而当悬垂绝缘子串覆冰溶化时,可能形成冰柱,使绝缘子串短路,造成接地事故。对于天气寒冷而又潮湿的南方来说,导线覆冰严重影响着输电线路的安全运行,覆冰带来了安全生产方面的危害,并加大了维护的工作量,增加了企业成本。因此有效地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害,是电力、线缆企业等必须面对的课题。
[0005] 经检索,公开号为101482489A的中国专利,提供了一种测试覆冰或涂层结合强度的装置和方法,该发明中:“一种测试覆冰或涂层结合强度的装置,包括堵塞(2)和中心具有通孔的堵塞支撑装置(I),所述堵塞(2)能够插入所述堵塞支撑装置(I)的通孔内,其中所述堵塞(2)的插入部分(11)与所述堵塞支撑装置(I)的通孔配合,且插入部分(11)的长度小于所述堵塞支撑装置(I)通孔的深度,所述堵塞的插入部分(11)的顶端可拆卸的连接有覆料基体(3),所述覆料基体(3)是与覆冰接触的表面或带有涂层表面的基体,其截面积适于随所述堵塞的插入部分(11)从所述通孔内抽出。该发明只需一个堵塞就能完成各种材料之间的粘合强度的测试,应用范围广,制作成本低。”但此测试方法还存在着很大的缺陷:首先,其结冰过程在冰柜中完成,测试过程在室温下进行,而室温下冰块会融化,造成测试结果的不准确;其次,测试材料须加工成特定形状,这提高了对测试材料的要求•’另夕卜,要得到结合强度,该方法须进行两次测试,较繁琐。
发明内容
[0006] 本发明为解决上述问题,提出一种冰层结合强度的测试方法:将基底上的冰块等化为一个孤岛,利用结合力测试仪直接对冰层与基底的结合力进行破坏性测试,进而得到冰层与基底的结合强度,本发明适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面与冰层结合力的测试。
[0007] 为解决上述问题,本发明采用了以下技术方案:
[0008] 本发明所述的一种冰层结合强度的测试方法,具体为:在冷库中将测试材料固定在载物平台上,同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动,对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试,使得冰层从基底脱落。力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中,由于进行的是破坏性测试,推力峰值即为冰层与基底的结合力,结合力和冰层与基底之比即为结合强度。
[0009] 进一步的,上述测试方法按照以下步骤进行:
[0010] 步骤一:将冷库温度区间设置为-3°c〜-rc,在在冷库中水结冰之前,利用移液器在测试样品上滴上水滴。
[0011] 步骤二 :继续降温,使水滴结冰,温度区间设置为:_13°C〜-15°c。降温时间酌情而定,直到水滴结冰为止。
[0012] 步骤三:水滴结冰后,进行结合力测试。将冷库温度升到-4°C〜_6°C之间,使电脑可以工作,待温度稳定。
[0013] 步骤四:将测试样品固定在载物平台上,同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动,对凝结在测试样品表面的冰层进行破坏性测试,使得冰层从基底脱落。
[0014] 步骤五:力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中,得到冰层与基底的结合力,进而得到结合强度。由于进行的是破坏性测试,推力峰值即为冰层与基底的结合力,结合力和冰层与基底之比即为结合强度。
[0015] 在所述步骤五之后,进一步进行步骤六,即回温步骤:测试结束后,关闭电脑、结合力仪。冷库温度设置为-rc〜-3°c,打开除湿机(设置为低风档),一小时后如果冷库墙面没有明显的水汽凝结,将温度升到1°C〜5°C,继续阶段式升温直至达到室温。
[0016] 所述测试材料包括Ti、Al、Ni等金属及其合金;环氧树脂、聚酰亚胺、橡胶等各类聚合物;玻璃、陶瓷等非金属。
[0017] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:首先,结冰和测试过程均在冷库中进行,保证了测试结果的准确性;其次,本发明对材料及其尺寸和粗糙度均无特殊要求•’另夕卜,本发明对结合强度进行直接测试,可一次性获得大量实验数据。本发明适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面与冰层结合力的测试。附图说明
[0018] 图I为本发明一实施例使用的冷库测试环境的示意图。
[0019] 附图中标记表示为:1.风幕机,2.温度控制箱,3.蒸发器,4.制冷机组。
[0020] 图2为本发明测试方法的原理图。
[0021] 附图中标记表示为:1.力学传感器探头,2.冰块,3. Ni微阵列,4.基底。
具体实施方式
[0022] 下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 [0023] 如图I所示,为一实施例使用的冷库测试环境的示意图,其中:1.风幕机,2.温度控制箱,3.蒸发器,4.制冷机组。该冷库最小尺寸2. OmX I. 5mX2. Om,可达到的最低温度为-20°C。外接制冷机组、蒸发器、温度控制箱、风幕机,冷库电源为380V。地冷库面要水平,有落水口。这些技术均为现有技术,不再累述。
[0024] 本实施例提供一种冰层结合强度的测试方法。如图2所示,为测试方法的原理图,将基底上的冰块等化为一个孤岛,利用结合力测试仪对冰层与基底的结合力进行破坏性测试,进而得到冰层与基底的结合强度。
[0025] 本实施例中,测试样品为采用常规微加工方法制备的Ni微阵列结构。
[0026] 本实施例的测试方法通过以下步骤进行:
[0027] 步骤一:将冷库温度区间设置为_3°C〜_rC,在在冷库中水结冰之前,利用移液器在测试样品上滴上水滴。
[0028] 步骤二 :继续降温,使水滴结冰,温度区间设置为:_13°C〜_15°C。降温时间酌情而定,直到水滴结冰为止。
[0029] 步骤三:水滴结冰后,进行结合力测试。将冷库温度升到-4°C〜_6°C之间,使电脑 可以工作,待温度稳定。
[0030] 步骤四:将测试样品固定在载物平台上,同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动,对凝结在测试样品表面的冰层进行破坏性测试,使得冰层从基底脱落。
[0031] 步骤五:力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中,得到冰层与基底的结合力,进而得到结合强度。
[0032] 步骤六:测试结束后,关闭电脑、结合力仪。冷库温度设置为_rC〜_3°C,打开 除湿机(设置为低风档),一小时后如果冷库墙面没有明显的水汽凝结,将温度升到l°c〜5°C,随后正常升温至室温。由于本实施例使用的结合力测试仪的最低使用温度为5°C,而实验中的最低温度可达到_18°C,如果正常回温会导致冷库内的水汽凝结,会对实验设备造成损伤,所以需要回温步骤。
[0033]以上实施例中所使用的实验设备均为现有技术,在此不再做详细说明。实施例中没有详细描述的操作按照现有常规技术手段进行。
[0034] 上述实施例测得的冰层结合强度在冷库中进行,孤岛法实现了冰层结合强度的直接测试,保证了测试结果的准确性,采用此方法易于在不同的材料上一次性获得大量测试数据。相对于公开号为101482489A的专利,本方法可以一次性在一块材料上得到多组的结合力数据,并且可以将多种材料一次置于冷库中并进行结合力测量。
[0035] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1. 一种冰层结合强度的测试方法,其特征在于:在冷库中将测试材料固定在载物平台上,同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动,对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试,使得冰层从基底脱落;力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中,得到冰层与基底的结合力,进而得到测试材料与冰层的结合强度。
2.根据权利要求I所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:所述测试方法按照以下步骤进行: 步骤ー:将冷库温度区间设置为-3°c〜-rc,在在冷库中水结冰之前,利用移液器在测试样品上滴上水滴; 步骤ニ :继续降温,使水滴结冰,温度区间设置为:_13°C〜-15°C,降温时间酌情而定,直到水滴结冰为止; 步骤三:水滴结冰后,进行结合力测试,将冷库温度升到_4°C〜_6°C之间,使电脑可以工作,待温度稳定; 步骤四:将测试样品固定在载物平台上,同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动,对凝结在测试样品表面的冰层进行破坏性测试,使得冰层从基底脱落; 步骤五:力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中,得到冰层与基底的结合力,进而得到结合强度,推力峰值即为冰层与基底的结合力,结合力和冰层与基底之比即为结合強度。
3.根据权利要求2所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:在所述步骤五之后,进ー步进行步骤六,即回温步骤。
4.根据权利要求3所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:所述回温步骤具体为:测试结束后,关闭电脑、结合力仪,将冷库温度设置为_1°C〜_3°C,打开除湿机,ー小时后如果冷库墙面没有明显的水汽凝结,将温度升到1°C〜5°C,继续阶段式升温直至达到室温。
5.根据权利要求1-4任一项所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:所述冷库为小型冷库,最小尺寸2. OmX I. 5mX2. 0m,可达到的最低温度为-20°C。
6.根据权利要求1-4任一项所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:所述小型冷库外接制冷机组、蒸发器、温度控制箱、风幕机。
7.根据权利要求1-4任一项所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:所述测试材料表面包括平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面。
8.根据权利要求7所述的冰层结合強度的测试方法,其特征在于:所述测试材料包括Ti、Al、Ni各类金属及其合金;环氧树脂、聚酰亚胺、橡胶各类聚合物;玻璃、陶瓷各类非金腐。
CN2012101969795A 2012-06-14 2012-06-14 一种冰层结合强度的测试方法 Pending CN102735608A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012101969795A CN102735608A (zh) 2012-06-14 2012-06-14 一种冰层结合强度的测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012101969795A CN102735608A (zh) 2012-06-14 2012-06-14 一种冰层结合强度的测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102735608A true CN102735608A (zh) 2012-10-17

Family

ID=46991496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012101969795A Pending CN102735608A (zh) 2012-06-14 2012-06-14 一种冰层结合强度的测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102735608A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2997188A1 (fr) * 2012-10-22 2014-04-25 Safran Caracterisation de l'adhesion d'une couche de glace sur une eprouvette
CN105806778A (zh) * 2016-03-10 2016-07-27 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种防冻沥青混合料的融冰雪能力评价方法
CN105806716A (zh) * 2016-03-10 2016-07-27 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种防冻沥青混合料破冰能力评价方法
CN109564148A (zh) * 2016-05-20 2019-04-02 Gkn航空服务有限公司 冰测试装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3030797A (en) * 1958-04-30 1962-04-24 Lacks Hyman Method and apparatus for selection and comparison of the adhesion of ice to surfaces and coatings
US20060236778A1 (en) * 2005-04-20 2006-10-26 The Magni Group, Inc. Measuring assembly for ice adhesion
CN101451985A (zh) * 2008-12-24 2009-06-10 大连理工大学 天然气水合物合成与分解的检测装置
CN101482489A (zh) * 2009-02-06 2009-07-15 中国电力科学研究院 一种测试覆冰或涂层结合强度的装置和方法
CN102162779A (zh) * 2011-01-07 2011-08-24 中国海洋石油总公司 一种用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置
CN102262048A (zh) * 2011-04-21 2011-11-30 西北工业大学 一种测量冰与物体间粘附力的装置及其测试方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3030797A (en) * 1958-04-30 1962-04-24 Lacks Hyman Method and apparatus for selection and comparison of the adhesion of ice to surfaces and coatings
US20060236778A1 (en) * 2005-04-20 2006-10-26 The Magni Group, Inc. Measuring assembly for ice adhesion
CN101451985A (zh) * 2008-12-24 2009-06-10 大连理工大学 天然气水合物合成与分解的检测装置
CN101482489A (zh) * 2009-02-06 2009-07-15 中国电力科学研究院 一种测试覆冰或涂层结合强度的装置和方法
CN102162779A (zh) * 2011-01-07 2011-08-24 中国海洋石油总公司 一种用于天然气水合物原位生成与分解的三轴试验装置
CN102262048A (zh) * 2011-04-21 2011-11-30 西北工业大学 一种测量冰与物体间粘附力的装置及其测试方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOJI MATSUMOTO 等: "Fundamental study on adhesion of ice to cooling solid surface", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRIGERATION》 *
滕晖 等: "水库静水结冰过程及冰盖热力变化的模拟试验研究", 《水科学进展》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2997188A1 (fr) * 2012-10-22 2014-04-25 Safran Caracterisation de l'adhesion d'une couche de glace sur une eprouvette
CN105806778A (zh) * 2016-03-10 2016-07-27 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种防冻沥青混合料的融冰雪能力评价方法
CN105806716A (zh) * 2016-03-10 2016-07-27 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种防冻沥青混合料破冰能力评价方法
CN109564148A (zh) * 2016-05-20 2019-04-02 Gkn航空服务有限公司 冰测试装置
US11009437B2 (en) 2016-05-20 2021-05-18 Gkn Aerospace Services Limited Ice test devices

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tarquini et al. Investigation of ice shedding properties of superhydrophobic coatings on helicopter blades
CN102735608A (zh) 一种冰层结合强度的测试方法
Lamraoui et al. Atmospheric icing impact on wind turbine production
CN102269691B (zh) 一种冰黏附强度测试方法和装置
Laforte et al. Icephobic material centrifuge adhesion test
Kermani et al. Compressive strength of atmospheric ice
CN108844710B (zh) 一种结冰风洞试验冰形测量方法
Guo et al. Strong anti-ice ability of nanohairs over micro-ratchet structures
CN104568743B (zh) 一种材料表面冰层垂直结合强度的测试装置及其测试方法
CN105548285A (zh) 一种采用插指微结构电容式薄冰传感器测量薄冰的方法
Deng et al. Mechanism of salt migration in icicles during phase transition and its impact on ice flashover
CN110758767A (zh) 一种直升机旋翼桨叶模拟透明冰结构及集成方法
Zhu et al. Ice crystal habits and growth processes in stratiform clouds with embedded convection examined through aircraft observation in northern China
CN106442227A (zh) 一种模拟外场作用下固体表面除冰性能的测试装置与方法
Korolev et al. A new look at the environmental conditions favorable to secondary ice production
Antikainen et al. Ice loads, case study
CN201195594Y (zh) 飞机防冰系统电加温前缘的装置
Niemelä-Anttonen et al. Icephobic performance of different surface designs and materials
Preston et al. Effects of ice formations on airplane performance in level cruising flight
Xue et al. Review of the phenomenon of ice shedding from wind turbine blades
Laforte et al. Icephobic coating evaluation for aerospace application
Hallett et al. Aircraft icing in glaciated and mixed phase clouds
KR20130115563A (ko) 에어포일 임계 결빙형상을 결정하는 방법
Rønneberg et al. Comparison of Icephobic Materials through Interlaboratory Studies
Xian et al. An experimental evaluation of the tensile strength of impact ice

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20121017

C12 Rejection of a patent application after its publication