CN109765105B - 球体耐压测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种球体耐压测试方法，包括：将球体展开并作标记，测量标记处的球体的囊瓣宽度；向球体内充入气体，在充气过程中测量多个第一不同球体压力下的标记处的球体的囊瓣宽度；将球体放气，测量多个第二不同球体压力下的标记处的球体的囊瓣宽度；继续充气，在充气过程中测量多个第三不同球体压力下的标记处的球体的囊瓣宽度，直至球体爆破；在球体爆破后，对爆破后的各囊瓣进行拉伸强度测试。通过本发明提供的球体耐压方法，进行一次测试，便可知道材料的回弹性、耐压值、疲劳损伤等参数。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及球体耐压测试方法。
背景技术
高空气球是一种无动力浮空器，一直以来作为一种非常重要的空间探测及与运载工具，在空间科学、通信、气象观测、军事等领域有着巨大的开发价值。近年来成本低廉的聚乙烯材料在高空气球方面的应用极大地推动了高空气球的发展，聚乙烯(PE)气球成为未来高空气球发展的一种趋势。此外，纤维织物为载体的复合蒙皮材料有着很高的可靠性近年来在高空气球方面的应用极大地推动了高空气球的发展。高空气球飞行过程中，由于白天和夜间太阳辐射的差别，温差很大。夜间温度降低，昼夜温差变化导致的压差由球体来承受，因此对球体的耐压值提出了一定考验。但目前针对高伸长率的PE球以及纤维球并无明确的耐压测试标准。
现有的《GJB987A-1998气象气球试验方法》中气象气球的爆破测试方法为直接对气球充气直至爆破，且所得结果只有一体积结果，并无材料相关参数。《HGT 2186-2012轮胎水压试验方法》为直接向轮胎内充水，直至达到规定值或轮胎损坏，最终也仅仅记录压力值，此种测试方法测试媒介与PE气球不同，且无法得到更为详细数据。《GB7544-2009天然胶乳橡胶避孕套技术要求与试验方法》中的爆破体积与压力的测定部分在充气过程中新增了对产品的检漏，检漏后继续对产品进行充气直至爆破后得到其体积与压力，但仍未有材料本身伸长率的相关参数。故上述三种相近测试方案充气过程基本无停留，未能得到材料相关伸长率。因此，参考轮胎水压测试标准、气象气球爆破测试及避孕套爆破体积与压力测试等测试方法，均不能全面客观的表征球体的各项参数。
发明内容
本发明提供了一种球体耐压测试方法，使得进行一次测试，即可知道材料的回弹率、耐压值、疲劳损伤，进而可用于验证仿真模拟值，验证球体生产工艺，评估生产能力。
本发明提供了一种球体耐压测试方法，包括：将球体展开并作标记，测量标记处的球体的囊瓣宽度；向球体内充入气体，在充气过程中测量多个第一不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度；将球体放气，测量多个第二不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度；继续充气，在充气过程中测量多个第三不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度，直至球体爆破；在球体爆破后，对爆破后的各囊瓣进行拉伸强度测试。
在上述球体耐压测试方法中，其中，所述多个第一不同球体压力和所述多个第二不同球体压力包括至少一个相同的压力值。
在上述球体耐压测试方法中，其中，在所述多个第一不同球体压力、所述多个第二不同球体压力和所述多个第三不同球体压力下保持的时间相同。
在上述球体耐压测试方法中，其中，将爆破后的各囊瓣的平均拉伸强度作为耐压后的球体材料的拉伸强度。
在上述球体耐压测试方法中，其中，作标记包括在球体的赤道处作标记。
在上述球体耐压测试方法中，还包括：通过测得的囊瓣宽度计算球体材料的伸长率。
在上述球体耐压测试方法中，其中，球体材料的伸长率为相应球体压力下的囊瓣宽度与无压力时的囊瓣宽度之间的差除以无压力时的囊瓣宽度。
在上述球体耐压测试方法中，还包括：通过球体材料的伸长率计算得到球体材料的回弹率。
在上述球体耐压测试方法中，其中，将球体爆破时的球体压力作为球体材料的耐压值。
在上述球体耐压测试方法中，其中，通过以下等式计算球体材料的疲劳损失：疲劳损失＝(球体材料本身的拉伸强度-耐压后的球体材料的拉伸强度)/球体材料本身的拉伸强度*100％。
在上述球体耐压测试方法中，其中，所述球体包括聚乙烯球和纤维球。
在上述球体耐压测试方法中，其中，所述多个第一不同球体压力和所述多个第三不同球体压力包括至少一个相同的压力值。
在上述球体耐压测试方法中，其特征在于，还包括：在所述向球体内充入气体过程中，当球体压力达到0～10Pa时将大气压力表、温湿度传感器、球体体积测定仪放置在球体周围，以在不同球体压力下测量所述标记处的球体的囊瓣宽度的同时，测量球体直径、温度、湿度、大气压力和球体体积。
在上述球体耐压测试方法中，还包括：在所述继续充气过程中并且在球体爆破之前，当球体压力达到仿真模拟的突变点压力时，将摄像机放置在球体周围对球体变化情况进行录制；以及继续升高球体压力，在测量所述多个第三不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度的同时，测量球体直径、温度、湿度、大气压力和球体体积，直至球体爆破。
在上述球体耐压测试方法中，还包括：对球体爆破后的各部分重量进行测量，同时对用于保形和增加强度的加强筋的长度逐根进行测量，以测量加强筋在测试过程中的变形情况。
通过对球体测试前各项参数测量，测试中逐步增压、保压，测量球体变形，测试后对球体各部分进行测试，即可进行一次测试，便知道材料的回弹性、耐压值、疲劳损伤等参数，进而可用于验证仿真模拟值、验证球体生产工艺、评估生产能力等。
具体实施方式
本申请提供了一种球体耐压测试方法，该方法包括：将球体展开并作标记，并测量标记处的球体的囊瓣宽度；对球体进行充气，在球体充气过程中需每隔一定压力停顿一定时间，并测量标记处的球体的囊瓣宽度，当球体压力达到一定时维持一定时间后将球体缓慢放气，并每隔一定压力记录标记处的球体的囊瓣宽度，直至球体气体全排出后继续充气，并每隔一定压力测量一次标记处的球体的囊瓣宽度，直至球体爆破；球体爆破后对球体各个部分进行拉伸强度的测试，各部分的拉伸强度的平均值可作为耐压后的球体材料的拉伸强度。球体可以为聚乙烯球或纤维球等。需要说明的是本申请中所提及的“压力”为单位面积所受到的压力，即压强。
具体地，耐压测试方法包括以下步骤：将球体展开并标记，并测量标记处的球体的囊瓣宽度，之后将球体的上法兰吊起，将充气管连接好气体流量计后与气泵连接；边缓慢向球体内充入气体，边展开球体，并调整球体局部叠压情况，防止法兰损伤球体；当球体压力达到0～10Pa时将大气压力表、温湿度传感器、球体体积测定仪等放置在球体周围，并将铅垂悬挂在球体上，调整球体状态，待球体稳定后测试标记处的囊体的囊瓣宽度、球体压力、球体直径、温度、湿度、大气压力、球体体积等数值，并且每升高一定压力(例如，每升高100Pa、200Pa等)，都测量一次囊瓣宽度、球体压力、球体直径、温度、湿度、大气压力、球体体积等数值；当球体压力达到理论模拟压力时，暂停充气，待气体稳定后测量囊瓣宽度、球体压力、球体直径、温度、湿度、大气压力、球体体积等数值，并将球体在此球体压力保持若干时间后缓慢将球体放气，每降低一定压力，测量一次囊瓣宽度、球体压力、球体直径、温度、湿度、大气压力、球体体积等数值；当球体压力降到0Pa以后持续放气若干时间，然后将球体静置一定的时间，重复球体展开和充气的过程，在充气过程中每隔一定的压力测量一次标记处的囊体的囊瓣宽度，继续充气，当球体压力达到仿真模拟的突变点压力时，将高速摄像机放置在球体周围开始对球体变化情况进行录制；继续升高压力，并在每升高一定压力值时测量一次囊瓣宽度、球体直径、温度、湿度、球体压力、大气压力、球体体积等数值，直至球体爆破；当球体爆破后，对球体爆破后的各部分重量进行测量，同时对用于保形和增加强度的加强筋的长度逐根进行测量，以测量加强筋在测试过程中的变形情况；同时，将爆破后的球体各囊瓣进行拉伸强度测试，并对囊瓣与囊瓣间的焊接处进行剪切、剥离等测试。为了使得测量结果更加精确，每次进行囊瓣宽度、球体直径、球体压力、温度、湿度、大气压力、球体体积等数值测量时，球体压力保持时间需一致。作标记可以在球体的赤道处进行，赤道处的囊瓣宽度变化较大，利于测量。
本实施例中，球体压力是指球体内外的压差，是通过测压嘴安装在球体表面的测压表(也称压差表)来完成的，测压表一般在充入气体之前或充入少许气且并未产生内外压差时安装，当然，测压表的安装时间本实施例不作限定，如其也可以在大气压力表设置于球体周围的同时进行安装。一般地，为了方便读数，大气压力表通常放置于测压表附近，以便于读数和比较。在本实施例的耐压测试方法中，还可以在设置大气压力表的同时设置温度计在球体周围，以便记录耐压测试时的环境温度。
本实施例中的理论模拟压力是根据测试经验的理论值上下浮动一定范围而设定的保压测试的压力值，如直径为4米的PE球作保压测试的压力范围在400-600Pa。
另外，需要说明的是，突变点是指组成球体的囊瓣在一定球体压力作用下发生塑性变形的临界点即屈服强度，球体压力的仿真模拟突变点是指对球体的突变点的仿真模拟的理论值。在球体压力超过突破点之后，则临近了球体的爆破点，此时架调高速摄像机则可以观察到球体爆破前中后的各个细节，以便采集相关信息进行研究。
球体爆破时测得的球体压力即为球体的耐压值。关于球体材料的疲劳损伤，疲劳损伤＝(球体材料的拉伸强度-耐压后球体材料的拉伸强度)/球体材料的拉伸强度。下面举例说明回弹率的计算过程：首先在测试前测量出标记处的球体的囊瓣宽度a1，假设当球体压力值为500Pa时，此时囊瓣宽度为a2，此时囊瓣伸长率为(a2-a1)/a1*100％，球体压力继续增加至800Pa，此时囊瓣宽度为a3，此时囊瓣伸长率为(a3-a1)/a1*100％，后放气，当球体压力又重新降低至500Pa时，此时囊瓣宽度为a4，此时囊瓣伸长率为(a4-a1)/a1*100％，球体压力重新降至500Pa时球体材料的回弹率即为((a3-a1)/a1*100％-(a4-a1)/a1*100％)/(a3-a1)/a1*100％。
除了囊瓣宽度及球体压力外，测试过程中采集的其它参数如球体直径、温度、湿度、大气压力、球体体积等对于球体的耐压性能均有不同程度的影响，因此在测量囊瓣宽度和球体压力的同时也一并测量。
下面结合具体的实施例进行说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明。需要说明的是，下述实施例中测量的参数仅描述了囊瓣和球体压力，而在实际实施时，球体直径、温度、湿度、大气压力、球体体积等参数一般也是需要同时测量的。
实施例一
在4米的聚乙烯球体的测试过程中，将球体展开并作标记，并测量标记处的球体的囊瓣宽度，之后将球体上法兰吊起，将充气管连接好气体流量计后与气泵连接；边缓慢向球体内充入气体，边展开球体，并调整球体局部叠压情况，防止法兰损伤球体；当球体压力达到0～10Pa时将大气压力表等放置在球体周围，并将测压表安装于球体表面的测压嘴上，并将铅垂悬挂在球体上，调整球体状态，待球体稳定后测试标记处的球体的囊瓣宽度和压力，并且每升高一定压力都测量一次囊瓣宽度和压力；当球体压力达到1000Pa时，暂停充气，待气体稳定后测量囊瓣宽度和压力，并将球体再此压力保持若干时间后缓慢将球体放气，每降低一定压力，测量一次囊瓣宽度和压力；当压力降到0Pa以后持续放气5min时间，然后将球体静置一定的时间，再继续充气，并且每升高一定压力测量一次囊瓣宽度和球体压力，当球体压力达到仿真模拟的突变点压力时，将高速摄像机放置在球体周围开始对球体变化情况进行录制；继续升高压力，并在每升高一定压力值时测量一次囊瓣宽度和球体压力，直至球体爆破；当球体爆破后，将爆破后的球体各囊瓣进行拉伸强度测试。测量的结果如表1所示。其中，本实施例中，球体的仿真模拟的突变点压力为3000Pa。
表1
表1中也示出了计算得到的伸长率的结果，压力重新降至500Pa时的材料的回弹率为：(2.52-2.02)/2.52*100％＝19.84％。材料的疲劳损伤为(71.1-62.7)/71.1*100％＝11.81％。该球体材料的耐压值为4000Pa。
实施例2
在5米的纤维球体的测试过程中，将球体展开并作标记，并测量标记处的球体的囊瓣宽度，之后将球体上法兰吊起，将充气管连接好气体流量计后与气泵连接；边缓慢向球体内充入气体，边展开球体，并调整球体局部叠压情况，防止法兰损伤球体；当球体压力达到0～10Pa时将大气压力表等放置在球体周围，并将测压表安装于球体表面的测压嘴上，并将铅垂悬挂在球体上，调整球体状态，待球体稳定后测试标记处的球体的囊瓣宽度和压力，并且每升高一定压力都测量一次囊瓣宽度和压力；当球体压力达到5000Pa时，暂停充气，待气体稳定后测量囊瓣宽度和压力，并将球体再此压力保持若干时间后缓慢将球体放气，每降低一定压力，测量一次囊瓣宽度和球体压力；当球体压力降到0Pa以后持续放气5min时间，然后将球体静置一定的时间，再继续充气，并且每升高一定压力测量一次囊瓣宽度和压力，当球体压力达到仿真模拟的突变点压力时，将高速摄像机放置在球体周围开始对球体变化情况进行录制；继续升高压力，并在每升高一定压力值时测量一次囊瓣宽度和球体压力，直至球体爆破；当球体爆破后，将爆破后的球体各囊瓣进行拉伸强度测试。测量的结果如表2所示。其中，本实施例中，球体的仿真模拟的突变点压力为20000Pa。
表2中也示出了计算得到的伸长率的结果，压力重新降至3000Pa时的材料的回弹率为：(0.15-0.10)/0.15*100％＝33.33％。材料的疲劳损伤为(120.1-109.5)/120.1*100％＝8.82％。该球体材料的耐压值为40000Pa。
由上可知，通过本发明提供的球体耐压测试方法，即，在对球体测试前测量囊瓣宽度，测试中逐步增压、保压，测量囊瓣宽度和压力，测试后对球体各部分进行拉伸测试，进行一次测试，便可知道材料的回弹率、耐压值、疲劳损伤等参数，进而可用于验证仿真模拟值、验证球体生产工艺、评估生产能力等。本发明的方法可应用于浮空器行业，如飞艇整体及部分的耐压测试、气象气球耐压测试、轮胎耐压测试、避孕套爆破测试等行业。
Claims (16)
1.一种球体耐压测试方法，包括：
将球体展开并作标记，测量标记处的球体的囊瓣宽度；
向球体内充入气体，在充气过程中测量多个第一不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度；所述压力为单位面积所受到的压力；
将球体放气，测量多个第二不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度；
继续充气，在充气过程中测量多个第三不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度，直至球体爆破；
在球体爆破后，对爆破后的各囊瓣进行拉伸强度测试。
2.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，所述多个第一不同球体压力和所述多个第二不同球体压力包括至少一个相同的压力值。
3.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，在所述多个第一不同球体压力、所述多个第二不同球体压力和所述多个第三不同球体压力下保持的时间相同。
4.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，将爆破后的各囊瓣的平均拉伸强度作为耐压后的球体材料的拉伸强度。
5.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，作标记包括在球体的赤道处作标记。
6.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，还包括：通过测得的囊瓣宽度计算球体材料的伸长率。
7.根据权利要求6所述的球体耐压测试方法，其特征在于，球体材料的伸长率为相应球体压力下的囊瓣宽度与无压力时的囊瓣宽度之间的差除以无压力时的囊瓣宽度。
8.根据权利要求7所述的球体耐压测试方法，其特征在于，还包括：通过球体材料的伸长率计算得到球体材料的回弹率。
9.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，将球体爆破时的球体压力作为球体材料的耐压值。
10.根据权利要求4所述的球体耐压测试方法，其特征在于，通过以下等式计算球体材料的疲劳损失：疲劳损失＝(球体材料本身的拉伸强度-耐压后的球体材料的拉伸强度)/球体材料本身的拉伸强度*100％。
11.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，所述球体包括聚乙烯球。
12.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，所述球体包括纤维球。
13.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，所述多个第一不同球体压力和所述多个第三不同球体压力包括至少一个相同的压力值。
14.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，还包括：
在所述向球体内充入气体过程中，当球体压力达到0～10Pa时将大气压力表、温湿度传感器、球体体积测定仪放置在球体周围，以在不同球体压力下测量所述标记处的球体的囊瓣宽度的同时，测量球体直径、温度、湿度、大气压力和球体体积。
15.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，还包括：
在所述继续充气过程中并且在球体爆破之前，当球体压力达到仿真模拟的突变点压力时，将摄像机放置在球体周围对球体变化情况进行录制；以及
继续升高球体压力，在测量所述多个第三不同球体压力下的所述标记处的球体的囊瓣宽度的同时，测量球体直径、温度、湿度、大气压力和球体体积，直至球体爆破。
16.根据权利要求1所述的球体耐压测试方法，其特征在于，还包括：
对球体爆破后的各部分重量进行测量，同时对用于保形和增加强度的加强筋的长度逐根进行测量，以测量加强筋在测试过程中的变形情况。
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