本發(fā)明屬于應力測量領域，具體涉及一種航天結構膠固化應力測試裝置及測試方法。

背景技術：

航天相機對光學元件的面形有很高的要求，為了減小裝配應力對光學元件面形的影響，光學元件與其支撐結構一般采用結構膠進行粘接，結構膠在固化過程中產(chǎn)生的固化應力成為影響光學元件面形的主要因素。此外，結構膠固化應力會使光學元件和支撐結構之間產(chǎn)生預應力，在經(jīng)受力學環(huán)境和熱環(huán)境考驗時產(chǎn)生高于預測值的應力，增大航天載荷風險。因此在光學元件與支撐結構粘膠前，必須對結構膠在當前光機連接狀態(tài)下的固化應力進行實驗測量，為航天光學元件應力預測提供數(shù)據(jù)支持。

目前測試固化應力的方法一般采用鋁、鐵等不透光材料制造裝填結構膠的容器，此種結構無法測量需要光照射才能發(fā)生固化反應的結構膠的應力值，其次在承載結構膠容器的設計中，結構膠的填充方式、結構膠尺寸形狀以及固化應力收縮時的變形結構與實際光學元件粘接情況中不同，測量得到的應力值沒有工程參考價值。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有的測試裝置無法測量光照射時結構膠固化應力值以及測量情況與實際工程情況不符使測量結果不準確的問題，本發(fā)明提供了一種透明有機玻璃作為固化平臺，固化平臺中的變形結構與工程實際膠粘光學元件相符的結構膠固化應力測試裝置及測試方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術方案是：

一種結構膠固化應力測試裝置，包括紫外防護保溫箱1、設置在紫外防護保溫箱1外的應變放大儀9、數(shù)據(jù)采集儀10、和設置在紫外防護保溫箱1內(nèi)的紫外燈6、應變片7、透明有機玻璃片5、固化平臺3；固化平臺3上端面的形狀大小與實際膠粘結構膠4的形狀大小相同，固化平臺3的上端邊緣處設置有多個支柱11；固化平臺3設有注膠孔12；紫外燈6設置在應變片7的上端；應變片7設置在透明有機玻璃片5上端，透明有機玻璃片5通過固化平臺3的支柱11設置在固化平臺3的上端，結構膠4設置在透明有機玻璃片5和固化平臺3形成的間隙內(nèi)；應變片7通過數(shù)據(jù)線纜8與應變放大儀9連接，應變放大儀9通過數(shù)據(jù)線纜8與數(shù)據(jù)采集儀10連接。

進一步地，為穩(wěn)固支撐固化平臺3，固化平臺3的下方還設置有載物臺2。

進一步地，為保證測量結果的準確性，注膠孔12設置在固化平臺3的中心位置。

進一步地，為保證測量結果的準確性，應變片7設置在透明有機玻璃片5的中心位置。

進一步地，為保證粘結的牢固性，用環(huán)氧膠將應變片7粘貼在透明有機玻璃片5的中心位置，用硅橡膠將透明有機玻璃片5粘貼在固化平臺3上端。

一種測試結構膠固化應力的方法，包括以下步驟：

1)選取固化平臺3和應變片7，固化平臺3上端面的形狀大小與實際膠粘結構膠4的形狀大小相同；

2)將應變片7粘貼在透明有機玻璃片5上；

3)將透明有機玻璃片5和固化平臺3上端的支柱11粘結；

4)將結構膠4從固化平臺3的注膠孔12注入，充滿透明有機玻璃片5與固化平臺3形成的間隙，刮掉多余的膠液；

5)將固化平臺3放置于紫外防護保溫箱1內(nèi)；

6)將應變片7與應變放大儀9連接，將應變放大儀9與數(shù)據(jù)采集儀10連接；

7)打開應變放大儀9和數(shù)據(jù)采集儀10，開啟紫外燈6，設置紫外防護保溫箱1的溫度，進行固化應變值測量；

8)應變測量數(shù)據(jù)不變后停止數(shù)據(jù)采集，對已測數(shù)據(jù)進行保存，即可獲得不同時刻結構膠4的固化應變值；

9)根據(jù)透明有機玻璃片5的應變及有機玻璃的彈性模量，采用胡克定律計算公式求出結構膠固化過程對透明有機玻璃片5的作用力大小，該作用力即為固化應力的數(shù)值，具體公式為σ＝eε，

其中：σ-測試的應力；

e-有機玻璃的彈性模量6.9gpa；

ε-固化應變值。

進一步地，透明有機玻璃片5和固化平臺3形成的間隙為0.15-0.2mm。

進一步地，將結構膠4用注射器從固化平臺3的注膠孔12注入。

本發(fā)明的優(yōu)點為：

1.本發(fā)明提供的測試裝置結構簡單，測試方法簡單，適用于不同配方結構膠固化應力的測試.通過九個操作步驟的實施，可測量到結構膠固化應力的大小。

2.本發(fā)明所使用的有機玻璃固化平臺透光，可兼容光固化結構膠固化應力的測量。

3.通過紫外燈強度的調(diào)節(jié)，可對不同光強照射下光固化結構膠的固化應力進行測量，通過紫外防護保溫箱溫度的調(diào)節(jié)，可對不同溫度下結構膠的固化應力進行測量，對實際工程中膠粘條件具有指導作用。

4.固化平臺的結構與航天相機光學元件實際膠粘模型相同，粘接的膠斑厚度與形狀相同，測量數(shù)據(jù)具有工程適用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測量裝置結構示意圖；

圖2為20℃時，結構膠4固化應力測量曲線；

圖3為40℃時，結構膠4固化應力測量曲線；

圖4為60℃時，結構膠4固化應力測量曲線。

附圖標記：1-紫外防護保溫箱，2-載物臺，3-固化平臺，4-結構膠，5-透明有機玻璃片，6-紫外燈，7-應變片，8-數(shù)據(jù)線纜，9-應變放大儀，10-數(shù)據(jù)采集儀，11-支柱，12-注膠孔。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的詳細描述：

如圖1所示，一種結構膠固化應力測試裝置，包括紫外防護保溫箱1、設置在紫外防護保溫箱1外的應變放大儀9、數(shù)據(jù)采集儀10、和設置在紫外防護保溫箱1內(nèi)的紫外燈6、應變片7、透明有機玻璃片5、固化平臺3；固化平臺3的上端邊緣處設置有4個支柱11；固化平臺3設有注膠孔12；紫外燈6設置在應變片7的上端；應變片7設置在透明有機玻璃片5上端，透明有機玻璃片5通過固化平臺3的支柱11設置在固化平臺3的上端，結構膠4設置在透明有機玻璃片5和固化平臺3形成的間隙內(nèi)；應變片7通過數(shù)據(jù)線纜8與應變放大儀9連接，應變放大儀9通過數(shù)據(jù)線纜8與數(shù)據(jù)采集儀10連接。固化平臺3的下方設置有載物臺2。為保證測量結果的準確性，注膠孔12設置在固化平臺3的中心位置。應變片7設置在透明有機玻璃片5的中心位置。為保證粘結的牢固性，用環(huán)氧膠將應變片7粘貼在透明有機玻璃片5的中心位置，用硅橡膠將透明有機玻璃片5粘貼在固化平臺3上端。固化平臺3的結構與航天相機光學元件實際膠粘模型相似，粘接的膠斑厚度與形狀類似，固化平臺3上端面的形狀大小與實際膠粘結構膠4的形狀大小相同。

針對航天結構膠應力參數(shù)量化的需求，本發(fā)明提供了一種航天結構膠固化過程中固化應力的測試方法和測量裝置，固化平臺3材料為透明有機玻璃，可兼容光固化結構膠4的固化應力測量，通過應變片7測量結構膠4在固化過程中引起的有機玻璃變形來計算結構膠4的固化應力，為低應力航天結構膠的選擇提供理論支持。

本發(fā)明方法將結構膠4放入玻璃制成的固化平臺3內(nèi)，固化平臺3頂部粘貼有應變片7，通過紫外燈6強度的調(diào)節(jié)，固化平臺3內(nèi)結構膠4在不同溫度下發(fā)生固化，根據(jù)測試到的有機玻璃的變形可對結構膠4的固化應力進行實時測量和記錄，本發(fā)明方法操作簡單，適用于不同配方結構膠4固化應力的測試。該裝置和方法可對不同溫度下結構膠4的固化應力進行實時測量。本發(fā)明測試方法中，選取一定大小的有機玻璃，在測量前加工出與實際光學元件膠粘時膠斑大小相同的圓面，用粘貼的方法制成固化平臺3，在容器頂部粘貼應變片7，將固化平臺3放置在紫外防護保溫箱1內(nèi)，結構膠4會發(fā)生固化收縮或膨脹變形，再根據(jù)胡克定律可計算出固化應力的實時數(shù)據(jù)。

具體測量步驟如下：

1)選取固化平臺3和應變片7，固化平臺3上端面的形狀大小與實際膠粘結構膠4的形狀大小相同；

2)用環(huán)氧膠將應變片7粘貼在透明有機玻璃片5的中心位置；

3)用硅橡膠將透明有機玻璃片5粘貼在固化平臺3上端邊緣的支柱上；

4)將結構膠4用注射器從固化平臺3注膠孔12注入，充滿透明有機玻璃片5與固化平臺3之間的間隙，刮掉多余的膠液；

5)將固化平臺3放置于紫外防護保溫箱1內(nèi)；

6)將應變片7通過數(shù)據(jù)線連接在應變放大儀9上，再將應變放大儀9通過數(shù)據(jù)線連接到數(shù)據(jù)采集儀10；

7)打開應變放大儀9和數(shù)據(jù)采集儀10，開啟紫外燈6，設置紫外防護保溫箱1的溫度，進行固化應變值測量；

8)應變測量數(shù)據(jù)不變后停止數(shù)據(jù)采集，對已測數(shù)據(jù)進行保存，即可獲得不同時刻結構膠4的固化應變值；

9)根據(jù)透明有機玻璃片5的應變及有機玻璃的彈性模量，采用胡克定律計算公式可以求出結構膠4固化過程對透明有機玻璃片5的作用力大小，該作用力即為固化應力的數(shù)值，具體公式為σ＝eε，

其中：σ-測試的應力；

e-有機玻璃的彈性模量6.9gpa；

ε-固化應變值。

上述測量過程中，結構膠4固化過程由于固化放熱和交聯(lián)反應，結構膠4會發(fā)生膨脹和收縮變形，由于透明有機玻璃片5的約束，結構膠4的變形會引起粘貼有應變片7的有機玻璃發(fā)生形變。應變片7通過應變儀和數(shù)據(jù)采集儀10記錄這種應變，然后根據(jù)胡克定律和應變數(shù)據(jù)可獲得不同時刻結構膠4的固化應力。

在測試前首先制作固化平臺3，利用透明有機玻璃片可透光的特性，選擇有機玻璃制作基材，根據(jù)實際粘接膠斑形狀大小，確定固化平臺3膠粘面為φ8mm，厚度為0.2mm；根據(jù)結構膠4固化應力引起的有機玻璃應變量應大于1×10^-6，確定透明有機玻璃片5的厚度為0.5mm。

實施例1：

本實施例是φ8mm×0.2mm結構固化膠在20℃下，固化應力的測量。

1)選取固化平臺3和應變片7，固化平臺3上端面的形狀大小與實際膠粘結構膠4的形狀大小相同；

2)先將固化平臺3和透明有機玻璃片5放在盛無水乙醇的超聲波清洗儀中清洗，用蒸餾水二次沖洗吹干。用220目砂紙將各部件的粘結位置打出45°交叉條紋，用丙酮擦拭干凈，留待備用；

3)將應變片7粘貼在透明有機玻璃片5的中心位置，粘貼應變片7時應用手擠出粘接層中的氣泡，應變片7采用120ω-350ω單軸應變計，柵格尺寸1.0mm×1.5mm，玻璃絲布增強聚酰亞胺基底，耐熱250℃，應變片7粘接劑為環(huán)氧-酚醛粘接劑，工作溫度-70℃-370℃；

4)透明有機玻璃片5用環(huán)氧膠粘貼到固化平臺3的支柱11上，粘接寬度小于1mm；

5)：將結構膠4吸入注射器內(nèi)，將結構膠4膠液從固化平臺3的注膠孔12注入固化平臺3與透明有機玻璃片5形成的0.2mm的間隙中，盡量不要帶入氣泡，刮掉多余膠液，待注入的膠的溢出粘接面時，停止注膠，用刀片刮掉擠出的膠，將固化平臺3放置于紫外防護保溫箱1內(nèi)；

6)將應變片7通過數(shù)據(jù)線連接在應變放大儀9上，再將應變放大儀9通過數(shù)據(jù)電纜連接到數(shù)據(jù)采集儀10；

7)開啟應變放大儀9和數(shù)據(jù)采集儀10，開啟紫外燈6，將紫外防護保溫箱1溫度調(diào)節(jié)到25℃，開始進行固化應變測量，其中應變放大儀9為動態(tài)應變儀，直流供電2v-8v、直流放大100-1000倍，采樣頻率100/s；

8)等應變測量數(shù)據(jù)不變后，停止數(shù)據(jù)采集，對已測數(shù)據(jù)進行保存，關閉紫外防護保溫箱1；

9)根據(jù)透明有機玻璃片5的應變及有機玻璃的彈性模量，采用胡克定律計算公式可以求出結構膠4固化過程對透明有機玻璃片5的作用力大小，該力即為固化應力的數(shù)值，具體公式為σ＝eε，

σ-測試的應力；

e-有機玻璃的彈性模量6.9gpa；

ε-固化應變值。

對每一時刻應變計算后的應力與實踐的關系曲線如圖2所示。

實施例2：

試驗過程按實施例1進行，本實施例中，紫外防護保溫箱1溫度為40℃，對每一時刻應變計算后的應力與時間的關系曲線如圖3所示。

實施例3：

試驗過程按實施例1進行，本實施例中，紫外防護保溫箱1溫度為60℃，對每一時刻應變計算后的應力與時間的關系曲線如圖4所示。