一种气候交变试验方法与流程

本发明涉及环境可靠性测试技术领域，尤其涉及一种气候交变试验方法。

背景技术：

汽车在出厂前，需要经历一系列环境可靠性测试，其中就包含气候交变试验。

气候交变试验是一种人为的加速老化试验。试验工程师们通常使用气候室来模拟大自然的极端温湿度气候、循环往复的四季变化。将待测样品暴露于这样的坏境中，可以在较短的时间内对样品的结构设计、材料选用等进行检验。

目前，在国内汽车制造业，有多个气候交变试验标准，比如：pv2005、pv1200、gmw14650、mgres30ee102、tsm0502g等等。这些都是大型跨国汽车企业的内部工程标准。跨国汽车企业的产品销往全世界各地，在制定试验标准时，汽车企业的专家们都会根据产品的品牌定位、使用地区以及该地区的气候条件来制定相应的测试规范。所以这些标准的试验参数设置上存在不小的差别。

汽车生产企业要考虑效率和成本，如果我们照搬国外的试验标准，就有可能在研发阶段耗费不必要的高昂的时间成本和材料成本，降低产品的市场竞争力。设计一种更加适合中国大陆地区的气候交变试验方法和标准意义重大。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种气候交变试验方法，不仅能够更加适合中国大陆地区的气候特征，还能够降低试验成本和时间，提高产品的市场竞争力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种气候交变试验方法，包括以下步骤：

s1、确定气候交变试验中各温度阶段的先后顺序；

s2、确定气候交变试验中各温度阶段的温度和相对湿度；

s3、确定气候交变试验中各温度阶段的升降温和相对湿度变化速率；

s4、确定气候交变试验中各温度阶段的暴露时间；

s5、确定气候交变试验中的循环次数；

s6、预处理，将试验样品放置在温度为t1、相对湿度为u1的环境下静置至少t1小时；

s7、进行如s5中循环次数的循环试验；

s8、将试验样品放置在温度为t1、相对湿度为u1的环境下静置至少t1小时；

s9、对试验样品进行目视检查和性能检测，并记录数据。

可选地，所述s1中，根据中国的大陆性季风气候特征，设置为在一个循环中依次为低温、高温、湿热和常温阶段，以模拟中国大部分地区一年中四季气候的更替。

可选地，在一个循环中可任选其中一个阶段为起始阶段，各阶段的前后相对顺序不变。

可选地，所述s2中，

低温阶段中，其温度值设置为一月份中国东北北部的平均最低温度；

高温阶段中，其温度值设置为车内受阳光直射时的最高温度，相对湿度设置为七月份新疆中东部的平均相对湿度；

湿热阶段中，其温度值设置为八月份中国新疆中部和南部沿海地区的平均最高温度，相对湿度设置为八月份海南省的平均相对湿度。

可选地，低温阶段中，温度值设置为-35℃；高温阶段中，温度值设置为80℃，相对湿度为20％；湿热阶段中，温度值设置为40℃，相对湿度为90％。

可选地，所述s3中，所述升降温速率不超过(1±0.2)℃/min。

可选地，所述s4中，

低温阶段中，暴露时间以冬季一天中最冷的时段03:00～08:00为根据设置为5个小时；

高温阶段中，暴露时间以夏季一天中阳光辐射最强的时段08:00～16:00为根据设置为8个小时；

湿热阶段中，暴露时间以三伏时节气温、相对湿度都较高的时段13:00～18:00为根据设置为5个小时；

常温阶段中，设置为1个小时。

可选地，所述s5中，循环次数根据公式

计算获得；

其中，nf1为至失效为止的实际循环数，nf2为至失效为止的试验循环数，δt1为实际温差，δt2为试验温差，k为失效指数。

可选地，所述循环次数为10次。

可选地，所述s6和s8中，t1为23℃，u1为30％，t1为24。

本发明提供的一种气候交变试验方法，根据中国大陆地区的气候特征对气候交变试验中各温度阶段的先后顺序、温度和相对湿度、升降温和相对湿度变化速率以及暴露时间和循环次数进行具体的设置，使得气候交变试验更加适合中国大陆地区，使得不必再照搬国外的试验标准，从而降低了在研发阶段耗费不必要的高昂的时间成本和材料成本，提高了产品的市场竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种气候交变试验方法的流程示意图；

图2是根据图1所示的一种气候交变试验方法的一个循环周期的温湿度曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供的一种气候交变试验方法，一般性地可以包括以下步骤：

s1、确定气候交变试验中各温度阶段的先后顺序；

s2、确定气候交变试验中各温度阶段的温度和相对湿度；

s3、确定气候交变试验中各温度阶段的升降温和相对湿度变化速率；

s4、确定气候交变试验中各温度阶段的暴露时间；

s5、确定气候交变试验中的循环次数；

s6、预处理，将试验样品放置在温度为t1、相对湿度为u1的环境下静置至少t1小时；

s7、进行如s5中循环次数的循环试验；

s8、将试验样品放置在温度为t1、相对湿度为u1的环境下静置至少t1小时；

s9、对试验样品进行目视检查和性能检测，并记录数据。

具体地，在s1中，根据中国的大陆性季风气候特征，设置为在一个循环中依次为低温、高温、湿热和常温阶段，以模拟中国大部分地区一年中四季气候的更替。这是由于中国的气候具有冬季寒冷少雨、夏季高温多雨、高温期与多雨期一致的大陆性季风气候特征。一年中1月份气温低湿度低，7月份气温高湿度低，8月份气温高湿度高。因此本试验方法设置在一个循环中，先低温，再高温，最后是湿热阶段。这样一个循环即可以相对准确模拟中国大部分地区一年中四季气候的更替。本发明还在湿热阶段和低温阶段之间设置了常温阶段。这是由于湿热阶段和低温阶段之间进行试验过程中，试验样品温湿度过快降低，容易出现表面凝露结冰的现象。通过增加常温阶段，可以避免这一问题，且也更加符合四季气候的更替时温度的逐渐变化过程。

在s2中，低温阶段中，其温度值设置为一月份中国东北北部的平均最低温度。这是由于一月份全国平均气温是全年最低值，最低温度出现在东北北部，平均最低温度可达-35℃，因此本方法的低温阶段温度值设定为-35℃。高温阶段中，其温度值设置为车内受阳光直射时的最高温度，相对湿度设置为七月份新疆中东部的平均相对湿度。这是由于七月份全国平局日照时数是全年最高值，新疆大部分地区日照时数最长。全国相对湿度最低值也出现在新疆中东部，最低可达20％。受热辐射的影响，车内受阳光直射的区域由于温室效应，温度可达80摄氏度，干热环境对材料的影响占主要因素，因此本方法的高温阶段温度值设定为80℃，相对湿度设定为20％。湿热阶段中，其温度值设置为八月份中国新疆中部和南部沿海地区的平均最高温度，相对湿度设置为八月份海南省的平均相对湿度。这是由于八月份全国平均相对湿度是全年最高值，此时的全国最高气温出现在新疆中部和南部沿海地区，可达40℃；全国最高相对湿度出现在海南省，约90％，高相对湿度对材料的影响占主导因素，因此本方法的湿热阶段温度值设定为40℃，相对湿度设定为90％。

在s3中，气候交变试验中各温度阶段的升降温速率不超过(1±0.2)℃/min，即，(1±0.2)k/min。对于零部件、整车、材料等，主要考察温度变化条件下的机械性能，因此升降温阶段要选择指定温度变化斜率。

在s4中，低温阶段中，暴露时间以冬季一天中最冷的时段03:00～08:00为根据设置为5个小时。这是由于地球的热量最主要来自阳光的辐射，所以日落以后气温会持续降温，直到下一次日出，所以日出前后气温最低。冬季03:00～08:00是一天中最冷的时段，因此本方法的低温阶段暴露时间设置为5小时。高温阶段中，暴露时间以夏季一天中阳光辐射最强的时段08:00～16:00为根据设置为8个小时。这是由于夏季08:00～16:00是阳光辐射最强的时段，因此本方法的高温阶段暴露时间设置为8小时。湿热阶段中，暴露时间以三伏时节气温、相对湿度都较高的时段13:00～18:00为根据设置为5个小时。这是由于气温越高，相对湿度越大，则绝对湿度越大，空气中含水量越高，对易吸水材料的影响也就越大。三伏时节13:00～18:00是气温、相对湿度都较高的时段。因此本方法的湿热阶段暴露时间设置为5小时。常温阶段中，设置为1个小时。将常温阶段保持1小时，可以避免温湿度过快降低，导致试验样品表面凝露结冰的现象。

在s5中，气候交变试验在试验样品中引起机械应力，导致随交变次数的增加试件内部振动的增加。气候交变试验的循环次数根据coffin-manson公式：

计算得出。

其中：nf1——至失效为止的实际循环数；

nf2——至失效为止的试验循环数；

δt1——实际温差；

δt2——试验温差；

k——失效指数。

按汽车实际生命周期20年计算，每年经历一次气候循环，则nf1＝20；中国大陆地区冬夏季实际平均温差δt1＝50℃-(-35℃)＝85℃；气候室模拟试验温差δt2＝80℃-(-35℃)＝115℃；失效指数金属件k＝2，非金属件k＝4。

经计算可得：

即，气候循环次数为10.9次，取整为10次。

进一步地，在s1中，一个循环中，按照“低温-高温-湿热-常温”的顺序进行气候交变试验，以模拟1月到12月的四季气候变化。可以根据需要，在相对顺序不变的情况下，改变起始阶段，比如：可将起始阶段设置为“高温”阶段，变成“高温-湿热-常温-低温”的顺序。可将起始阶段设置为“湿热”阶段，变成“湿热-常温-低温-高温”的顺序。可将起始阶段设置为“常温”阶段，变成“常温-低温-高温-湿热”的顺序。

本发明提供的气候交变试验方法，参考中国大陆气象气候的分布情况和官方数据，符合中国大陆大多数地区实际年气温湿度波动趋势，更贴近实际环境情况。以这样的方法标准来考核产品设计和制造质量，其可靠性更高；更符合产品失效原理。

本发明提供的气候交变试验方法，每天进行一个循环周期，试验周期为10天，节约测试成本，提高研发效率。

在实际进行气候交变试验过程中，其步骤为：

1、试验前，按照相关规范的要求对试验样品进行目视检查以及其他性能检测，并记录数据。

2、预处理，将试验样品放置在23℃30％相对湿度的环境下静置至少24小时。

3、将试验样品放置进入气候室内，气候室温度偏差不得超过±2℃，相对空气湿度偏差不得超过5％。

4、如图2所示，一个循环周期为24小时，由以下温湿度曲线组成：

1小时降温阶段从23℃30％相对湿度，到-35℃；

5小时保持阶段-35℃；

2小时升温阶段从-35℃，到80℃20％相对湿度；

8小时保持阶段80℃20％相对湿度；

1小时降温阶段从80℃20％相对湿度，到40℃90％相对湿度；

5小时保持阶段40℃90％相对湿度

1小时降温阶段从40℃90％相对湿度，到23℃30％相对湿度；

1小时保持阶段23℃30％相对湿度。

5、试验至少要完成10个循环。亦可根据实际需要与试验委托者商榷。

6、试验后，试验样品应在23℃、30％相对湿度的环境下静置至少24小时。

7、试验后，按照相关规范的要求对试验样品进行目视检查以及其他性能检测，并记录数据。

需要注意的是，在实际进行气候交变试验过程中，须始终遵守保持时间。降温和升温阶段可依据气候室的能力有所变化，但需要在试验报告中注明偏差值。