CN104458571A - 材料表面冰体冻结的拉伸强度试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种材料表面冰体冻结的拉伸强度试验仪，属于寒区及低温工程技术领域，用于测量冻结冰在不同材料上的粘拉伸强度。升降台位于试验台与操作台间，通过轴承与钢管接触，并在钢管上下滑动。丝杠通过试验台与升降台连接，力传感器固定于升降台的下端。操作台固定于底座上，与底座保持平行。模具放置于待测材料上，模具上端通过连接装置与力传感器连接，待测材料固定于操作台上。本发明可以测量冻结冰与任意材料表面的粘拉伸强度，同时还能得到不同加载速率下冻结冰的粘拉伸强度。

Description

材料表面冰体冻结的拉伸强度试验仪

技术领域

本发明属于寒区及低温工程技术领域，涉及到如何精确测量冰体附着在其他材料表面时的拉伸冻结强度。

背景技术

近年来，随着我国航空技术的不断发展，在技术领域逐渐完善与独立，飞机在飞经富含过冷水滴云层，其机翼、尾翼的前缘以及发动机叶片上会形成特殊结构的冰，对飞机的安全飞行产生潜在隐患。目前国内还没有针对这种高空冻结冰的相关力学性能试验。

发明内容

本发明提供了冰体在材料表面冻结的拉伸强度试验仪，将冻结冰生成在待测材料表面与模具内(面积已知)形成试样，此时待测材料与模具通过试样冻结在一起形成试件，将试件安装至冻结冰拉伸粘结强度试验仪的操作台处并固定住，通过连接装置与力传感器相连。试样与待测材料粘附在一起，其粘结方向为竖直方向，升降台加载方向也为竖直方向，以此形成对试样的拉伸作用，通过力传感器确定加载力的大小，通过模具开口形状及尺寸确定粘结面积，既而确定试样所受到的应力。试验中通过铅垂线对试件摆放位置进行校正，防止试验中出现偏心现象，即试样从一端被掀起。本装置还实现了通过控制电机转速控制加载速率，得到不同加载速率情况下冻结冰与不同材料粘拉伸强度。

本发明的技术方案如下：一种材料表面冰体冻结的拉伸强度试验仪，包括变速电机、丝杠、联轴节、试验台、升降台、操作台、力传感器、模具、铅垂线、待测材料和连接装置。变速电机通过联轴节与丝杠连接，变速电机置于试验台上，试验台通过钢管支撑。升降台位于试验台与操作台间，通过轴承与钢管接触，并在钢管上下滑动。丝杠通过试验台与升降台连接，力传感器固定于升降台下端，力传感器通过挂环与轮胎线上的端点A连接。操作台固定于底座上，与底座保持平行。模具为锥端开口的圆锥壳，其轴向截面为梯型，锥端开口放置于待测材料上，作为试样形成区域。

所述的连接装置是包括一根高强度轮胎线(柔性材料)和两个挂钩，将轮胎线两端分别与两个挂钩连接，在轮胎线中间位置有一个结点，保证该结点到两个挂钩的距离相等，该结点作为端点A，两个挂钩端作为端点B；每个挂钩到端点A进行三等分，等分点为结点。

所述的模具对称端设有同心孔，轮胎线上的挂钩穿过模具上的同心孔对模具产生向上提的力。

试验中将两个铅垂线挂在试验仪两个相互垂直的方向上，通过比对轮胎线上中间等分线条与铅垂线是否重合来判断模具的摆放是否存在偏差，偏差会导致两个挂钩受力不均匀，可能会一端力大，一端力小。试样的破坏也会变为一端先脱离再导致整体脱离，而不是一起脱离。试验结果会小于该冻结冰与待测材料的粘拉伸强度。

将试件固定在操作台上，变速电机通过联轴节带动丝杠运作，既而升降台上升，与升降台连接的力传感器用以测量加载在试件上力的大小。通过控制变速电机的速率可以控制升降台的上升速率，用以决定了加载速率的大小。试验中变速电机不停运作，直至模具与待测材料分离，分离时得到力即为最大拉伸力。模具的设计优点在于能够通过开口区域尺寸控制实验中冰面积大小,既而得到冻结冰与该待测材料的粘拉伸强度。本拉伸强度试验仪用来测量一种冰在材料表面冻结的拉伸强度，其中待测材料，其表面粗糙度可以根据不同试验要求而改变。

本发明的技术特点有：

1、本发明能够对冻结冰与被附着的材料表面形成拉伸作用。

2、本发明通过调节电机速率能够控制拉伸速率。

3、本发明通过力传感器能够测量试验拉伸过程中的受力情况。

本发明的效果和益处：

可以测量冻结冰与其他材料的拉伸粘结强度，进而研究及模拟实际工中冻结冰的力学性能，为寒区环境中的工程结构设计提供必要参数，为飞机安全性设计提供相关参考。

附图说明

图1为本发明材料表面冻结冰的拉伸粘结强度测试系统的结构示意图。

图2为本发明模具的结构示意图。

图3为本发明铅垂线的结构示意图。

图4为本发明连接装置的结构示意图。

图5为本发明待测材料的结构示意图。

图中：1变速电机；2联轴节；3丝杠；4试验台；5升降台；6力传感器；

7操作台；8模具；9连接装置；10铅垂线；11待测材料。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

图1中，本发明将8模具放置在11待测材料上，在8模具与11待测材料接触区域内生成冻结冰，将冻结在一起的8模具与11待测材料固定于7操作台上，操作台固定不动。启动1变速电机，1变速电机通过2联轴节与3丝杠相连接，2丝杠对5升降台产生提拉作用，进而对6力传感器产生拉力，6力传感器通过9连接装置与模具连接，将力传导至模具上，形成对冻结冰与11待测材料表面间粘结处的拉伸作用，10铅垂线用于确定试验中连接装置中两结点处于竖直方向，避免出现偏心。

图1中，本发明由1变速电机调节拉伸速率。

图2-5中，本发明由6模具的开孔区域的面积控制式样的粘结面积以及连接装置。

Claims (1)

1.一种材料表面冰体冻结的拉伸强度试验仪，其特征在于，该拉伸强度试验仪包括变速电机、丝杠、联轴节、试验台、升降台、操作台、力传感器、模具、铅垂线、待测材料和连接装置；变速电机通过联轴节与丝杠连接，变速电机置于试验台上，试验台通过钢管支撑；升降台位于试验台与操作台间，通过轴承与钢管接触，并在钢管上下滑动；丝杠通过试验台与升降台连接，力传感器固定于升降台下端，力传感器通过挂环与轮胎线上的端点A连接；操作台固定于底座上，与底座保持平行；模具为锥端开口的圆锥壳，其轴向截面为梯型，锥端开口放置于待测材料上，作为试样形成区域；

所述的连接装置是包括一根轮胎线和两个挂钩，将轮胎线两端分别与两个挂钩连接，在轮胎线中间位置有一个结点，保证该结点到两个挂钩的距离相等，该结点作为端点A，两个挂钩端作为端点B；每个挂钩到端点A进行三等分，等分点为结点；

所述的模具对称端设有同心孔，轮胎线上的挂钩穿过模具上的同心孔对模具产生向上提的力。