一种积冰剪切附着力测量装置及测试方法

文档序号:33713962发布日期:2023-04-01 03:07阅读:61来源:国知局
一种积冰剪切附着力测量装置及测试方法

1.本发明属于冰性能测试领域,尤其涉及一种积冰剪切附着力测量装置及测试方法。


背景技术:

2.针对材料表面的积冰附着力粘附强度的测量,国内外已有较多的研究,并已经产生了多种类型的测试装置和测试方法。
3.国外的farzaneh、c.laforte等、专利文献cn212622146u公开了采用高速旋转的方式,将粘附在铝基底上的积冰离心脱离,记录积冰脱离时刻的速度,以此换算积冰所受的离心力,进而计算出积冰的附着力;但是此方法需要较大功率的电机才能实现高速旋转,因此成本较高、且体积较大;同时,记录高速运动积冰的脱离速度,需要配合高精度的振动测量装置或高速相机,导致成本增加,同时,该测量方法为间接测量,测量精度较低。
4.专利文献cn103760106a公开了一种覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法,其采用圆形积冰模具制作冰于基底的附着后,将冷冻在一起的积冰试片及冻冰模具夹持在万能拉压力试验机上,通过加载头,推动圆形积冰模具至其脱离,通过电子拉力测试测试并记录测试压力变化中的最大值,即得到积冰的剪切附着力。此方法虽可以实现积冰剪切附着力的测量,但是其仍需要依赖电子拉压力试验机、冰试件模具等,测试装置较复杂、体积较大、成本较高;由于其加载头固定在电子拉压力试验机上,为刚性连接,必然产生安装对心偏置问题,导致测量结果的一致性较差;同时,测量过程中的环境温度对测量结果影响较大,需要依赖较大的环境箱来保证低温测试条件,进一步增加了测试成本。


技术实现要素:

5.为改善现有技术的不足,本发明提供一种积冰剪切附着力测试装置及测量方法,该装置的体积较小,成本较低,可直接置于一般低温环境箱中进行测量,并能够准确测量待测涂层的积冰剪切附着力。
6.为达到上述目的,本发明提供了一种积冰剪切附着力测试装置,包括:
7.积冰试件,其包括积冰试片和积冰模具,所述积冰试片的至少一个表面设置有待测涂层,所述积冰模具下部设置有开口,所述开口用于提供积冰与待测涂层附着的位点;
8.固定机构,其用于固定所述积冰模具;
9.夹持机构,其用于夹持所述积冰试片;
10.线性拉伸机构,其与夹持机构连接,并提供沿积冰试片方向,使积冰试片表面待测涂层与积冰分离的拉力;
11.传感器,其一端与线性拉伸机构连接,另一端与夹持机构连接,用于采集夹持机构受到的实时拉力。
12.根据本发明的实施方案,所述测试装置还包括数据采集仪,所述数据采集仪与传感器连接,用于接收所述传感器采集的数据,所述连接可以为有线连接或无线连接,例如通
过导线、 wifi、蓝牙等方式连接。
13.根据本发明的实施方案,所述夹持机构与传感器之间通过挂钩连接,优选所述挂钩采用弹性材料制成。
14.根据本发明的实施方案,所述传感器为拉力传感器或拉力压力传感器,例如为拉力压力传感器。
15.根据本发明的实施方案,所述线性拉伸机构包括动力组件和线性加载组件,所述线性加载组件的一端与动力组件连接,另一端与传感器连接,所述动力组件用于提供沿积冰试片方向的拉力,所述线性加载组件能够在拉力作用下沿拉力方向运动。
16.根据本发明的实施方案,所述线性加载组件包括加载底座,所述加载底座的下方设置有直线滑轨,所述加载底座通过滑块与直线滑轨连接。
17.根据本发明的实施方案,所述动力组件包括电动结构或手动结构,所述电动结构例如为电机或其他能够提供动力的电动设备。
18.根据本发明的实施方案,所述手动结构包括加载面板,所述加载面板上设置有旋转法兰轴承,所述旋转法兰轴承上旋转连接有线性加载螺栓,所述线性加载螺栓远离旋转法兰轴承的一端通过u型连接架与加载底座连接,当旋转所述线性加载螺栓时,所述u型连接架能够将所述旋转运动转化为直线运动,带动所述加载底座滑动。
19.根据本发明的实施方案,所述手动结构还包括相对设置在加载面板两侧的支撑架。
20.根据本发明的实施方案,所述固定机构包括导向底座,所述导向底座设置有容纳腔,所述容纳腔用于容纳积冰试件,且所述积冰试件位于容纳腔时,积冰试片至少1/3伸出导向底座的外部,所述导向底座上可拆卸连接有固定档块,所述固定挡块用于固定所述积冰模具。
21.根据本发明的实施方案,所述导向底座的侧边设置有固定槽,固定槽用于安装固定挡块,当固定挡板插入固定槽时,固定挡板抵持在积冰模具的外侧,将积冰模具固定在容纳腔内,避免积冰模具移动。
22.根据本发明的实施方案,所述夹持机构包括相互连接的夹持底座和夹持盖板,所述夹持盖板内设置有夹持开口,夹持开口面向固定底座上积冰试片伸出的一端,夹持开口用于夹持伸出容纳腔的积冰试片。
23.根据本发明的实施方案,所述夹持开口的深度大于1/3积冰试片1的长度,优选所述夹持开口的深度大于1/2积冰试片1的长度。
24.根据本发明的实施方案,所述夹持盖板上与夹持开口对应之处可以设置有用于紧固积冰试件的夹持件。
25.根据本发明的实施方案,所述夹持底座的端部设置有与吊环连接的挂钩。
26.根据本发明的实施方案,所述固定机构的底部设置有高度调整垫片,高度调整垫片用于调整固定机构和夹持机构的高度,使得积冰试件与吊环传递的拉力在同一平面。
27.根据本发明的实施方案,所述挂钩中心与积冰试片中心高度相同。
28.根据本发明的实施方案,所述线性加载螺栓的中心、u型连接架中心、加载底座中心与挂钩中心的高度相同。
29.根据本发明的实施方案,所述传感器中心与挂钩中心高度相同。
30.根据本发明的实施方案,所述测试装置还包括测试底座,所述固定机构、线性拉伸机构均设置在测试底座上。
31.根据本发明的实施方案,所述固定机构和/或线性拉伸机构与测试底座之间设置有高度调整垫片。
32.根据本发明的实施方案,所述积冰模具采用光固化3d打印技术进行制作,优选所述积冰模具选用弹性材料制成。
33.本发明还提供一种采用如上所述测试装置测试积冰剪切附着力的方法,包括如下步骤:
34.s1、向所述积冰模具安装在积冰试件的涂层上方,注水积冰后安装在固定机构内固定并将积冰试件与夹持机构连接;
35.s2、转动加载平台螺栓带动夹持机构向远离固定机构的方向运动至积冰试件与积冰模具分离,记录传感器采集的最大拉力值f,通过剪切力公式τ=f/a计算积冰剪切力,a为积冰覆盖面积。
36.有益效果
37.(1)本发明中的积冰剪切附着力测试装置,包括用于固定积冰模具的固定机构,用于夹持所述积冰试片的夹持机构,提供沿积冰试片方向拉力的线性拉伸机构,同时,还包括测试采集夹持机构受到实时拉力的传感器,结构较简单,体积较小,成本较低,可直接置于一般低温环境箱中进行测量,并能够准确测量待测涂层的积冰剪切附着力。
38.(2)本发明中的积冰剪切附着力测试装置,动力组件包括加载面板,加载面板上设置有旋转法兰轴承,旋转法兰轴承上旋转连接有线性加载螺栓,线性加载螺栓远离旋转法兰轴承的一端通过u型连接架与加载底座连接,当旋转线性加载螺栓时,u型连接架能够将旋转运动转化为直线运动,带动加载底座滑动,动力组件的结构简单,且不需要耗费电力或其他能源,且能够通过手动来控制测试速度,使冰试件的测试过程更加接近实际受力情况,测试难度较小,成本较低,且准确度较高。
39.(3)本发明中的积冰剪切附着力测试装置,通过弹性挂钩连接传感器和夹持机构,能够实现力的均匀加载,补偿因偏置产生的误差,达到更精确的测量结果。
附图说明
40.图1为本发明一实施例积冰剪切附着力测试装置的结构示意图;
41.图2为本发明一实施例的覆冰模具结构示意图;
42.图3为本发明一实施例的固定平台的结构示意图;
43.图4为本发明一实施例的线性线性拉伸的结构示意图;
44.图5为本发明一实施例的固定机构与夹持机构配合的结构示意图。
45.其中,1-积冰试片,111-待测涂层,2-积冰模具,4-固定平台,5-线性拉伸机构,6-传感器,7-挂钩,8-夹持机构,9-积冰试件,10-固定机构,12-测试底座,13-支撑支架,14-加载面板,15-线性加载螺栓,16-法兰轴承,17-u型支架,18-加载底座,19-吊环,21-滑块,22
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直线导轨,23-导轨安装转接板,25-夹持底座,26-夹持盖板,27-高度调整挡块,28-固定底座,29-固定槽,30-高度调整垫片。
具体实施方式
46.下文将结合具体实施例对本发明的结构及其应用做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
47.在发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
48.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是电连接或机械连接,机械连接可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.实施例1
50.参见图1所示,一种积冰剪切附着力测试装置,包括固定平台4、线性拉伸机构5、传感器 6、挂钩7、夹持组件8、积冰试件9、固定机构10和数据采集仪11,其中,线性拉伸机构5的一端连固定平台4,另一端连接传感器6,传感器6通过挂钩7与夹持组件8连接,夹持组件8用于夹持待测的积冰试片1,固定机构10用于固定积冰模具2,传感器6还连接一数据采集仪11,用于将所得到的拉力、压力数据传输至数据采集仪11。
51.本实施例中的固定平台4、线性拉伸机构5、夹持组件8、固定机构10均设置在一测试底座 12上,并与测试底座12可拆卸连接,测试底座12用于提供具有均一高度的组装平面,将各部件组装成整体的测试装置。
52.参见图2所示,积冰试件9包括积冰试片1和积冰模具2,积冰试片1至少一个表面用于设置待测涂层111,积冰模具2用于容纳液体并形成积冰,积冰模具2的底部设置有开口,开口用于与待测涂层111接触,使得形成的积冰底部附着在待测涂层111的表面,积冰模具的顶部设置有用于注入液体的注入口。
53.积冰试片1的形状根据实际需要设置,可以为长条形、正方形或其他形状,本实施例中,积冰试片1为长条形,在本实施例中,积冰试片1可以是不同材质切割而成的长条形试件,加工制作简单,尺寸稳定;积冰模具2根据试件尺寸可灵活调整。
54.当积冰时,积冰模具2的底面置于待测涂层111上并整体安装在积冰试片1上;将安装好的积冰试件整体放置于低温下,并滴注过冷水,完成后积冰与积冰试片1的表面涂层附着。
55.积冰模具2底部开口的面积根据实际需要设置,积冰模具2的底部开口面积根据积冰需要与待测涂层111接触的面积确定,本实施例中,积冰模具2底部开口面积大于等于1/5的积冰试片1表面积,例如,积冰模具2的底部为完全开放结构,积冰模具2至少两个侧面向下延伸,用于卡接在积冰试片1的外侧。
56.在本实施例中,为了得到较好的积冰受力条件和可控的积冰覆盖面积条件,积冰模具2 采用光固化3d打印技术进行制作,材料为光固化树脂,具备弹性,可防止积冰应力产生;在受力时能使得受力情况极大改善,防止冰块受力不均产生裂纹影响实验结果;积冰模
具2内腔的截面积可以在积冰模具打印制作时进行控制,可用于研究不同积冰面积条件下的附着力。
57.如图3所示,固定平台4包括两相对设置的支撑支架13,支撑支架13之间设置有加载面板 14,加载面板14的底部固定在测试底座12,本实施例中,加载面板17通过螺栓安装在支撑支架13上后一体固定于测试底座12上,加载面板14上设置有法兰轴承16,一线性加载螺栓15插接在法兰轴承16内,例如法兰轴承16通过固定螺栓安装在加载面板14的中心,线性加载螺栓 15穿过法兰轴承16并与法兰轴承16旋转连接,线性加载螺栓15可以在法兰轴承16内自由旋转。
58.如图4所示,线性拉伸机构5包括相互连接的u型支架17和加载底座18,u型支架17远离加载底座18的一端与线性加载螺栓15连接,用于将线性加载螺栓15的旋转运动转换为直线运动 (具体地,u型支架17与线性加载螺栓15螺纹连接,加载螺栓15外侧设置有外螺纹,u型支架 17上与加载螺栓15相对应之处设置有内螺栓,当加载螺栓15转动时,u型支架17被推开或拉进,从而将旋转运动转化为直线运动),加载底座18的下方设置有直线导轨22,加载底座18 通过滑块21与直线导轨22连接,加载底座18在u型支架17的推拉下,能够带动滑块21在直线导轨22上做直线运动,拉压力加载底座18远离u型支架17的一端连接传感器6,用于测量加载底座18的受力大小及方向,直线导轨22通过导轨安装转接板23连接在测试底座12上。
59.加载面板17、线性加载螺栓15和u型支架17构成动力组件,在其他实施例中,动力组件还可以为电机,例如电机通过螺杆与加载底座18连接。
60.如图5所示,固定机构10包括导向底座28,导向底座28设置有容纳腔,容纳腔用于容纳积冰试件9,且积冰试件9的积冰试片1至少1/3伸出导向底座28的外部,导向底座28上可拆卸连接有固定档块27,导向底座28的侧边设置有固定槽29,固定槽29用于安装固定挡块27,当固定挡板27插入固定槽29时,固定挡板27抵持在积冰模具2的外侧,将积冰模具2固定在容纳腔内,避免积冰模具2移动。
61.夹持机构8包括相互连接的夹持底座25和夹持盖板26,夹持盖板26内设置有夹持开口,夹持开口面向固定底座28,用于夹持伸出容纳腔的积冰试片1,夹持盖板26上与夹持开口对应之处可以设置用于紧固积冰试片1的夹持件,夹持开口的深度根据实际需要设置,例如大于1/2 积冰试片1的长度,以提供更大的夹持面积,避免积冰试片1滑落或者受力不均。
62.夹持底座25通过吊环19与传感器20连接,具体地,夹持底座25的端部设置有与吊环19连接的挂钩7,吊环19安装在传感器20上,吊环19采用弹性材料制成,能够实现力的均匀加载,使得传感器20所采集的数据准确度更高。
63.本实施例中,固定机构10的底部设置有高度调整垫片30,高度调整垫片30用于调整固定机构和夹持机构8的高度,使得积冰试件9与吊环19传递的拉力在同一平面。
64.在使用时,先将积冰试件9上放入容纳腔内,积冰试片1的端部插入夹持开口内,将固定挡块27固定在导向底座28的顶部,调整夹持件夹紧积冰试片1,转动线性加载螺栓15,通过u 型支架17带动拉压力加载底座18向加载面板14方向滑动,从而通过加载吊环19拉动夹持机构8 和位于夹持开口内的积冰试片1向加载面板14方向运动,积冰模具2及其内部的积冰被固定机构10所固定,不能移动,当线性加载螺栓15转动所提供的拉力足够时,积冰试
片1与积冰模具 2底部的积冰分离,此时,积冰试件9所受拉力值瞬间减小,此前传感器6所测的最大值即积冰脱离拉力值;通过剪切力公式τ=f/a,其中f为积冰脱离拉力,a为积冰覆盖面积,因此可以求得积冰剪切力τ的结果。
65.实施例2
66.一种采用如上所述测试装置测试积冰剪切附着力的方法,包括如下步骤:
67.s1、向所述积冰模具2安装在积冰试件1的涂层111上方,注水积冰后安装在固定机构10 内固定并将积冰试件1与夹持机构8连接;
68.s2、转动加载平台螺栓15带动夹持机构8向远离固定机构10的方向运动至积冰试件1与积冰模具2分离,记录传感器5采集的最大拉力值f,通过剪切力公式τ=f/a计算积冰剪切力, a为积冰覆盖面积。
69.以上通过实施例对本发明的具体实施方式进行了示例性的说明。但是,本发明的保护范围不拘囿于上述示例性的实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,本领域技术人员所作出的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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