CN106596262B - 一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，其特征在于，包括如下步骤有：确定装配件破坏拉力、确定拉伸频率及循环应力比、确定设计疲劳寿命、确定循环应力范围确定、自然环境试验—实验试疲劳循环试验、按国家标准或行业标准规定，检测各标准件力学性能。该发明更可靠、真实地反映标准件在自然环境腐蚀作用和应力作用交互影响下的性能变化规律,获取标准件环境适应性标杆数据，为新型装备研制中的标准件选用提供基础数据支撑和可靠验证手段，促进环境试验与观测专业基础数据资源平台建设、标准件环境适应性试验验证技术的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，具体涉及一种用于获取诸如金属螺栓、螺钉、螺母等标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，属于环境试验技术领域。
背景技术
标准件是装备中使用范围最广、使用量最大的基础产品。由于标准件面临的使用环境复杂多样，环境效应会导致其性能退化，进而给装备使用带来隐患。因此迫切需要能够可靠准确反映标准件在不同自然环境中性能变化规律的考核方法。
目前考核标准件环境适应能力的自然环境试验没有考虑到环境腐蚀与应力对标准件的交互作用，严重影响了试验结果的真实性和可靠性。因此，提出一种新的、更为真实可靠反映标准件环境适应能力的自然环境试验方法，获取标准件环境适应性标杆数据，对标准件的改进和筛选具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，更可靠、真实地反映标准件在自然环境腐蚀作用和应力作用交互影响下的性能变化规律,获取标准件环境适应性标杆数据，为新型装备研制中的标准件选用提供基础数据支撑和可靠验证手段，促进环境试验与观测专业基础数据资源平台建设、标准件环境适应性试验验证技术的发展。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，其包括有如下步骤：
S1、取N个同类标准件平行样，装配于单层或多层的夹层上形成装配件样品，且N≥5；
S2、每类装配件样品取M个平行样，且M≥5，按国家标准的金属材料室温试验方法拉伸装配件样品，记录每个装配件平行样的实际破坏拉力，然后计算装配件样品的实际破坏拉力的平均值，该平均值即为每类装配件样品的破坏拉力；
S3、按试验单位根据实际情况确定装配件样品的拉伸频率及循环应力比，其中，循环应力比由试验单位根据装备上含标准件的真实构件的实际受力情况确定；
S4、由试验单位根据装备上含标准件的真实构件的设计寿命确定装配件样品的设计疲劳寿命；
S5、针对每类装配件样品在不同拉力下的疲劳试验，确定装配件样品破坏时的拉伸次数最接近疲劳寿命值时的最大和最小拉力为疲劳试验的循环应力范围，且装配件样品破坏时的拉伸次数必须大于装配件样品的设计疲劳寿命；
S6、进行自然环境试验-实验室疲劳循环试验，试验前，每类装配件样品分成若干组，每类装配件样品在每个取样周期检测一组样品，剩余装配件样品继续循环试验，直至装配件样品检测完为止，其中，每次循环时间大于3个月，总试验时间大于24个月，循环次数大于4次；第一次循环试验时由步骤S2至步骤S6，从第二次循环试验时只需进行步骤S6；每次实验室疲劳试验在确定的循环应力范围内进行，且疲劳拉伸次数为装配件设计疲劳寿命/取样次数；
S7、在每个取样周期后，将标准件从装配件下卸下，按国家标准或行业标准规定，检测各标准件力学性能。
进一步的，自然环境试验-实验室疲劳循环试验包括有：
a.针对单层夹层形成的标准件样品，装配件样品直接进行自然环境暴露试验，按周期取样并检测装配件样品；
b.针对多层夹层形成的标准件样品，装配件样品进行实验室疲劳试验后，再进行自然环境暴露试验，并按周期取回装配件样品，检测一组装配件样品，剩余装配件样品返回实验室疲劳试验，再进行自然环境暴露试验，以此循环直至检测完装配件样品为止。
进一步的，自然环境暴露试验指，选择标准件样品预期所使用环境的自然环境进行户外或棚下大气腐蚀试验，试验按国家标准执行，记录试验开始时间，并绘出标准件样品分布图。
本发明的有益效果：更可靠、真实地反映标准件在自然环境腐蚀作用和应力作用交互影响下的性能变化规律,获取标准件环境适应性标杆数据，为新型装备研制中的标准件选用提供基础数据支撑和可靠验证手段，促进环境试验、观测专业基础数据资源平台建设、标准件环境适应性试验验证技术的发展。
附图说明
图1是本发明中单层装配件样品自然环境试验的原理框图；
图2是本发明中多层装配件样品自然环境试验-实验室疲劳循环试验的原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，其包括有如下步骤：
S1、取N个同类标准件平行样，装配于单层或多层的夹层上形成装配件样品，且N≥5；
S2、每类装配件样品取M个平行样，且M≥5，按国家标准的金属材料室温试验方法拉伸装配件样品，记录每个装配件平行样的实际破坏拉力，然后计算装配件样品的实际破坏拉力的平均值，该平均值即为每类装配件样品的破坏拉力；
S3、按试验单位根据实际情况确定装配件样品的拉伸频率及循环应力比，其中，循环应力比由试验单位根据装备上含标准件的真实构件的实际受力情况确定；
S4、由试验单位根据装备上含标准件的真实构件的设计寿命确定装配件样品的设计疲劳寿命；
S5、针对每类装配件样品在不同拉力下的疲劳试验，确定装配件样品破坏时的拉伸次数最接近疲劳寿命值时的最大和最小拉力为疲劳试验的循环应力范围，且装配件样品破坏时的拉伸次数必须大于装配件样品的设计疲劳寿命；
S6、进行自然环境试验-实验室疲劳循环试验，试验前，每类装配件样品分成若干组，每类装配件样品在每个取样周期检测一组样品，剩余装配件样品继续循环试验，直至装配件样品检测完为止，其中，每次循环时间大于3个月，总试验时间大于24个月，循环次数大于4次；第一次循环试验时由步骤S2至步骤S6，从第二次循环试验时只需进行步骤S6；每次实验室疲劳试验在确定的循环应力范围内进行，且疲劳拉伸次数为装配件设计疲劳寿命/取样次数；
S7、在每个取样周期后，将标准件从装配件下卸下，按国家标准或行业标准规定，检测各标准件力学性能。
具体地，自然环境试验-实验室疲劳循环试验包括有：
a.针对单层夹层形成的标准件样品，装配件样品直接进行自然环境暴露试验，按周期取样并检测装配件样品；装配件样品进行实验室疲劳试验，按周期取样并检测装配件样品；
b.针对多层夹层形成的标准件样品，装配件样品进行实验室疲劳试验后，再进行自然环境暴露试验，并按周期取回装配件样品，检测一组装配件样品，剩余装配件样品返回实验室疲劳试验，再进行自然环境暴露试验，以此循环直至检测完装配件样品为止。
而自然环境暴露试验指，选择标准件样品预期所使用环境的自然环境进行户外或棚下大气腐蚀试验，试验按国家标准执行，记录试验开始时间，并绘出标准件样品分布图。
为了更直接、形象地解释本发明技术方案，下面通过实例进行说明获取标准件环境适应性标杆数据的试验方法，其中：
一、试验设备及仪器有：
1、满足大气自然环境试验的试验架、台架等试验设备；
2、力学性能测试设备
a)、拉-扭复合电液伺服测试系统
负荷量程：≥10kN；
负荷精度：≤±0.5％；
频率范围：(0.1～50)Hz；
b)、扭转试验机
扭矩：≥100N·m；
测量精度：±1％；
扭角分辨率：0.1；
扭转方向：正向、反向。
二、试验样品
试验样品为螺钉、螺栓和螺母等标准件，组装成两类装配件，其中，A类装配件为，标准件装配于单层夹层上；B类装配件为，标准件装配于多层夹层上。
其中，装配件上的螺钉、螺栓和螺母采用装备上实际使用的规格和牌号；装配件上的夹层采用铝合金或合金钢材料，夹层加工好后，铝合金按HB/Z 233-1993规定采用硬质阳极氧化工艺，表面氧化膜厚度≥20um，合金钢表面喷涂底漆后再喷面漆。
每件试验样品应采用恰当的方法进行标识。标识在试验过程中应始终保持清晰可辨。
试验样品的夹层应进行相应的防腐工艺处理，然后将螺钉或螺栓按规定扭力装配在夹层上，装配件上螺钉、螺栓和螺母的拧紧力矩根据相关标准确定。
A类、B类装配件上固定的螺钉、螺栓和螺母样品数量应满足：在每个取样周期，每种破坏性检测项目不少于5件平行样。
三、试验自然环境
海洋大气环境推荐海南万宁试验站；热带酸雨环境推荐江津试验站；热带雨林环境推荐西双版纳试验站。
四、试验项目
获取标准件环境适应性标杆数据的试验项目及试验方法见下表：
五、试验方法
1、大气暴露试验
大气暴露试验如下：
选择能代表标准件预期使用环境的自然环境试验站开展户外、棚下大气暴露试验，按GB 14165执行。试验样品的安装要求如下：
a)、户外大气暴露时，装配件应朝南方向，与水平面成45°角或当地纬度角暴露，装配件上的螺钉或螺栓的主要受试面应朝上，且无遮挡；
b)、棚下大气暴露时，螺钉或螺栓的主要受试面应没有被遮挡；
c)、其它要求按GB 14165执行。
试验样品按要求全部安装到位后，记录试验开始时间，并绘出试验样品分布图。
2、装配件疲劳试验步骤如下：
a)、确定装配件破坏拉力。确定装配件破坏拉力应执行GB/T228.1-2010第1部分的室温试验方法，每种装配件样品选取5件平行样，观察表面没有被破坏；在拉力试验机上拉伸样品，记录每种样品的平行样的实际破坏拉力；计算每种样品的平行样实际破坏拉力的平均值，该平均值即为每种装配件样品的破坏拉力；
b)、拉伸频率及循环应力比。拉伸频率由试验单位根据实际情况确定。循环应力比一般取0.1，也可由试验单位根据构件的实际受力情况确定；
c)、确定设计疲劳寿命。疲劳寿命推荐由试验单位根据装备上真实构件的设计寿命确定。否则，可根据相关通用方法确定疲劳寿命，例如：飞机用含螺钉、螺栓和螺母的构件可按公式(1)计算疲劳寿命：
拉伸次数＝预计每年起降次数*使用时间(年)*分散系数 (1)
公式(1)中的分散系数取4～6；
d)、循环应力范围确定。针对每种样品，开展样品在不同拉力下的疲劳试验，确定样品破坏时的拉伸次数最接近疲劳寿命值时的最大和最小拉力为疲劳试验的循环应力范围，具体方式如下表所示。
e)、装配件疲劳试验。装配件疲劳试验每次疲劳拉伸次数推荐为：设计疲劳寿命/取样次数。根据确定的循环应力范围开展拉伸疲劳试验，执行GB/T 3075，根据图2所示试验方法，第1次进行装配件拉伸疲劳试验时应按a)～e)步骤进行，从2次装配件拉伸疲劳试验开始，只需要进行e)步骤。
六、试验程序
参考附图1、2所示。
七、取样周期与中断
1、取样周期
a)、A类样品自然暴露试验时间不少于2年，取样周期推荐为：6个月、12个月、18个月、24个月；
b)、B类样品自然环境试验—装配件疲劳循环试验取样周期推荐为：3个月、6个月、12个月、18个月、24个月。
2、试验中断
当试验达到预定的持续时间，或出现下列任一情况时，终止试验，并记录试验结束时间：
a)、性能检测结果不符合预定指标范围；
b)、试验样品已损坏，无法满足性能检测要求；
c)、不能满足安全要求，或存在不可控的安全隐患；
d)、因不可抗力，无法正常试验；
e)、标准和技术文件规定的其他终止判据。
试验终止后，应及时对试验样品外观及各项性能进行全面观察和检测，并记录相应检测结果。
八、实验结果检测
1、标准件破坏拉力检测
按GJB 715.23A-2008规定检测螺钉、螺栓在每个试验周期后的破坏拉力。
2、标准件力矩检测
按GJB 715.14-1990规定检测螺母在每个试验周期后的扭矩。
3、标准件破坏剪力检测
按GJB 715.24A-2002、GJB 715.26A-2008方法规定检测螺钉、螺栓在每个试验周期后的破坏剪力。
4、标准件拉伸疲劳检测
按GJB 715.30A-2002规定方法检测螺钉、螺栓在每个试验周期后的拉伸疲劳寿命。
5、外观检测
检测外观时，首先对样品拍照，将待拍照样品和直尺并排放入光线良好的灯箱，相机镜头垂直于待测样品表面和直尺进行拍照，做好记录。
6、微观形貌
采用扫描电子显微镜等对样品进行失效分析及腐蚀产物的微观形貌检测。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法，其特征在于，包括有如下步骤：
S1、取N个同类标准件平行样，装配于多层的夹层上形成装配件样品，且N≥5；
S2、每类装配件样品取M个平行样，且M≥5，按GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》拉伸装配件样品，记录每个装配件平行样的实际破坏拉力，然后计算装配件样品的实际破坏拉力的平均值，该平均值即为每类装配件样品的破坏拉力；
S3、由试验单位根据实际情况确定装配件样品的拉伸频率及循环应力比，其中，循环应力比由试验单位根据装备上含标准件的真实构件的实际受力情况确定；
S4、由试验单位根据装备上含标准件的真实构件的设计寿命确定装配件样品的设计疲劳寿命；
S5、针对每类装配件样品在不同拉力下的疲劳试验，确定装配件样品破坏时拉伸次数与设计疲劳寿命差值最小时的拉力为最大拉力，该最大拉力与循环应力比的乘积为最小拉力，最大拉力和最小拉力构成疲劳试验的循环应力范围，疲劳试验中，装配件样品破坏时的拉伸次数必须大于装配件样品的设计疲劳寿命，循环应力范围的最大拉力必须小于步骤S2中的破坏拉力；
S6、进行实验室疲劳试验，装配件样品参照GB/T 3075-2008《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》进行实验室疲劳试验，试验参数按步骤S2-S5中参数执行；
S7、进行自然环境暴露试验，装配件样品按照GB/T 14165-2008《金属和合金大气腐蚀试验现场试验的一般要求》进行自然环境暴露试验；
S8、进行实验室疲劳-自然环境暴露循环试验，装配件样品开展由步骤S6至S7组成的循环试验，自然环境暴露试验后在每个取样周期取回全部装配件样品并检测一组装配件样品，剩余未检测装配件样品继续循环试验，直至装配件样品检测完为止，其中，每次循环时间大于3个月，总试验时间大于24个月，循环次数大于4次；第一次循环试验时由步骤S2至步骤S7，从第二次循环试验时只需进行步骤S6-S7；每次实验室疲劳试验在确定的循环应力范围内进行，且
疲劳拉伸次数为装配件设计疲劳寿命/取样次数；
S9、在步骤S8每个取样周期将装配件样品取回并检测一组装配件样品的装配件性能，按GJB 715《紧固件试验方法》检测各标准件力学性能。
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