一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀，屬于寒區(qū)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，用于測(cè)量凍結(jié)冰在具體材料上的粘剪切強(qiáng)度。升降臺(tái)位于試驗(yàn)臺(tái)與操作臺(tái)間，通過軸承與鋼管接觸，并在鋼管上下滑動(dòng)。絲杠減速機(jī)通過試驗(yàn)臺(tái)與力傳感器連接，力傳感器與升降臺(tái)連接。位移傳感器位于試驗(yàn)臺(tái)與升降臺(tái)之間。操作臺(tái)固定于底座上，與底座保持平行。夾具為不銹鋼的塊體，其中間部位有鏤空區(qū)域，作為在試樣形成區(qū)域，夾具上端與升降臺(tái)連接；待測(cè)材料一端固定于操作臺(tái)上，另一端扣至夾具上。本發(fā)明可以測(cè)量凍結(jié)冰與任意材料表面的粘剪切強(qiáng)度；通過位移傳感器測(cè)量拉伸過程中粘結(jié)處的變形情況；同時(shí)還能得到不同加載速率下凍結(jié)冰的粘剪切強(qiáng)度。
【專利說明】一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于寒區(qū)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到如何精確測(cè)量凍結(jié)冰附著在其他材料表面時(shí)的剪切粘結(jié)強(qiáng)度。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國航空技術(shù)的不斷發(fā)展，在【技術(shù)領(lǐng)域】逐漸完善與獨(dú)立，其在高空飛行中飛機(jī)機(jī)翼及葉片表面形成的冰對(duì)其飛行穩(wěn)定性及安全性的影響得到了越來越多的關(guān)注。目前國內(nèi)還沒有針對(duì)這種高空凍結(jié)冰的相關(guān)力學(xué)性能試驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀，將凍結(jié)冰生成在材料表面上的夾具內(nèi)(面積已知)形成試樣，將被測(cè)試樣安裝至凍結(jié)冰剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)儀的操作臺(tái)處，試樣粘結(jié)方向?yàn)樗椒较?，操作臺(tái)的加載方向?yàn)樨Q直方向，以此形成對(duì)試樣的剪切作用，并通過力傳感器確定加載力的大小，既而確定試樣所受到的應(yīng)力，同時(shí)利用位移傳感器記錄試驗(yàn)中位移變化量以此來確定試樣的應(yīng)變，得到剪切過程中式樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。本裝置還實(shí)現(xiàn)了通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制加載速率，得到不同加載速率情況下應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；夾具與固定裝置的梯形接口提高了更換試驗(yàn)件的速率，提高了試驗(yàn)效率；夾具的凹槽設(shè)計(jì)提供了高精度的粘結(jié)面積控制同時(shí)也保證了剪切力與粘結(jié)方向的垂直性。
[0004]一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀，包括變速電機(jī)、絲杠減速機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、試驗(yàn)臺(tái)、升降臺(tái)、位移傳感器、操作臺(tái)、力傳感器和夾具。變速電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠減速機(jī)連接，試驗(yàn)臺(tái)通過鋼管支撐。升降臺(tái)位于試驗(yàn)臺(tái)與操作臺(tái)間，通過軸承與鋼管接觸，并在鋼管上下滑動(dòng)。絲杠減速機(jī)通過試驗(yàn)臺(tái)與力傳感器連接，力傳感器與升降臺(tái)連接。位移傳感器位于試驗(yàn)臺(tái)與升降臺(tái)之間。操作臺(tái)固定于底座上，與底座保持平行。夾具為不銹鋼的塊體，其中間部位有鏤空，作為試樣形成區(qū)域，夾具上端與升降臺(tái)連接；待測(cè)材料一端固定于操作臺(tái)上，另一端扣至夾具上。
[0005]將在夾具、待測(cè)材料以及兩者間生成的試樣固定在操作臺(tái)上，變速電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)絲杠減速機(jī)運(yùn)作，通過力傳感器控制升降臺(tái)上升，力傳感器用以測(cè)量加載在試樣上力的大小，位移傳感器測(cè)量升降臺(tái)上升的距離，也是試樣在垂直方向移動(dòng)的距離。通過控制變速電機(jī)的速率可以控制升降臺(tái)的上升速率，用以決定了加載速率的大小。試驗(yàn)中變速電機(jī)不停運(yùn)作，直至夾具與待測(cè)材料分離，分離時(shí)得到力即為最大剪切力。夾具扣至在待測(cè)材料上進(jìn)行制冰，由于夾具接觸表面光滑，摩擦系數(shù)很小，并且試驗(yàn)加載過程中不存在擠壓力，試驗(yàn)中不會(huì)產(chǎn)生摩擦力干擾試驗(yàn)結(jié)果。此夾具的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過鏤空區(qū)域形狀尺寸控制實(shí)驗(yàn)中冰面積大小，并且有效避免了摩擦力的干擾。本剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀用來測(cè)量一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度，其中待測(cè)材料，其表面粗糙度可以根據(jù)不同試驗(yàn)要求而改變。
[0006]本發(fā)明能夠?qū)鼋Y(jié)冰與被附著的材料表面形成剪切作用，通過調(diào)節(jié)電機(jī)速率能夠控制剪切速率，通過力傳感器能夠測(cè)量試驗(yàn)剪切過程中的受力情況，通過位移傳感器能夠測(cè)量拉伸過程中粘結(jié)處的變形情況。
[0007]本發(fā)明的裝置可以測(cè)量凍結(jié)冰與其他材料的剪切粘結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而研究及模擬實(shí)際工中凍結(jié)冰的力學(xué)性能，為寒區(qū)環(huán)境中的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供必要參數(shù)，為飛機(jī)安全性設(shè)計(jì)提供相關(guān)參考。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明材料表面凍結(jié)冰的剪切粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明材料表面凍結(jié)冰的剪切粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1變速電機(jī)；2絲杠減速機(jī)；3聯(lián)軸節(jié)；4試驗(yàn)臺(tái)；5升降臺(tái)；6夾具；7試樣；8位移傳感器；9操作臺(tái)；10力傳感器；11待測(cè)材料；12鏤空區(qū)域。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案，對(duì)進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0012]圖1中，本發(fā)明將6夾具水平放置在11待測(cè)材料的凹槽處，在6夾具的凹槽內(nèi)生成凍結(jié)冰形成7試樣，將凍結(jié)在一起的6夾具與11待測(cè)材料通過梯型槽安裝在9操作臺(tái)與5升降臺(tái)之間，7試樣固定后啟動(dòng)I變速電機(jī)，I變速電機(jī)通過3聯(lián)軸節(jié)與2絲杠減速機(jī)相連接，2絲杠減速機(jī)對(duì)5升降臺(tái)產(chǎn)生提拉作用，9操作臺(tái)固定不動(dòng)，5升降臺(tái)對(duì)6夾具的提拉作用最終形成對(duì)凍結(jié)冰與11待測(cè)材料表面間粘結(jié)處的剪切作用。
[0013]圖1中，本發(fā)明由8位移傳感器測(cè)量剪切過程中5升降臺(tái)豎直方向的位移，10力傳感器測(cè)量試驗(yàn)過程中剪切力的大小。
[0014]圖1中，本發(fā)明由I變速電機(jī)調(diào)節(jié)剪切速率。
[0015]圖2中，本發(fā)明由6夾具的鏤空區(qū)域的面積控制式樣的粘結(jié)面積。
【權(quán)利要求】
1.一種冰在材料表面凍結(jié)的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀，其特征在于，該剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀包括變速電機(jī)、絲杠減速機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、試驗(yàn)臺(tái)、升降臺(tái)、位移傳感器、操作臺(tái)、力傳感器和夾具；變速電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠減速機(jī)連接，試驗(yàn)臺(tái)通過鋼管支撐。升降臺(tái)位于試驗(yàn)臺(tái)與操作臺(tái)間，通過軸承與鋼管接觸，并在鋼管上下滑動(dòng)；絲杠減速機(jī)通過試驗(yàn)臺(tái)與力傳感器連接，力傳感器與升降臺(tái)連接；位移傳感器位于試驗(yàn)臺(tái)與升降臺(tái)之間；操作臺(tái)固定于底座上，與底座保持平行；夾具為不銹鋼的塊體，其中間部位鏤空，作為試樣形成區(qū)域，夾具上端與升降臺(tái)連接；待測(cè)材料一端固定于操作臺(tái)上，另一端扣至夾具上。
【文檔編號(hào)】G01N19/04GK104406912SQ201410668790
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】季順迎, 陳曉東, 王安良, 顧縱棋, 畢祥軍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)