[发明专利]一种冰在材料表面冻结的剪切强度试验仪

说明书

技术领域

本发明属于寒区工程技术领域，涉及到如何精确测量冻结冰附着在其他材料表面时的剪切粘结强度。

背景技术

近年来，随着我国航空技术的不断发展，在技术领域逐渐完善与独立，其在高空飞行中飞机机翼及叶片表面形成的冰对其飞行稳定性及安全性的影响得到了越来越多的关注。目前国内还没有针对这种高空冻结冰的相关力学性能试验。

发明内容

本发明提供了一种冰在材料表面冻结的剪切强度试验仪，将冻结冰生成在材料表面上的夹具内(面积已知)形成试样，将被测试样安装至冻结冰剪切粘结强度试验仪的操作台处，试样粘结方向为水平方向，操作台的加载方向为竖直方向，以此形成对试样的剪切作用，并通过力传感器确定加载力的大小，既而确定试样所受到的应力，同时利用位移传感器记录试验中位移变化量以此来确定试样的应变，得到剪切过程中式样的应力应变关系。本装置还实现了通过控制电机转速控制加载速率，得到不同加载速率情况下应力应变关系；夹具与固定装置的梯形接口提高了更换试验件的速率，提高了试验效率；夹具的凹槽设计提供了高精度的粘结面积控制同时也保证了剪切力与粘结方向的垂直性。

一种冰在材料表面冻结的剪切强度试验仪，包括变速电机、丝杠减速机、联轴节、试验台、升降台、位移传感器、操作台、力传感器和夹具。变速电机通过联轴节与丝杠减速机连接，试验台通过钢管支撑。升降台位于试验台与操作台间，通过轴承与钢管接触，并在钢管上下滑动。丝杠减速机通过试验台与力传感器连接，力传感器与升降台连接。位移传感器位于试验台与升降台之间。操作台固定于底座上，与底座保持平行。夹具为不锈钢的块体，其中间部位有镂空，作为试样形成区域，夹具上端与升降台连接；待测材料一端固定于操作台上，另一端扣至夹具上。

将在夹具、待测材料以及两者间生成的试样固定在操作台上，变速电机通过联轴节带动丝杠减速机运作，通过力传感器控制升降台上升，力传感器用以测量加载在试样上力的大小，位移传感器测量升降台上升的距离，也是试样在垂直方向移动的距离。通过控制变速电机的速率可以控制升降台的上升速率，用以决定了加载速率的大小。试验中变速电机不停运作，直至夹具与待测材料分离，分离时得到力即为最大剪切力。夹具扣至在待测材料上进行制冰，由于夹具接触表面光滑，摩擦系数很小，并且试验加载过程中不存在挤压力，试验中不会产生摩擦力干扰试验结果。此夹具的设计优点在于能够通过镂空区域形状尺寸控制实验中冰面积大小，并且有效避免了摩擦力的干扰。本剪切强度试验仪用来测量一种冰在材料表面冻结的剪切强度，其中待测材料，其表面粗糙度可以根据不同试验要求而改变。

本发明能够对冻结冰与被附着的材料表面形成剪切作用，通过调节电机速率能够控制剪切速率，通过力传感器能够测量试验剪切过程中的受力情况，通过位移传感器能够测量拉伸过程中粘结处的变形情况。

本发明的装置可以测量冻结冰与其他材料的剪切粘结强度，进而研究及模拟实际工中冻结冰的力学性能，为寒区环境中的工程结构设计提供必要参数，为飞机安全性设计提供相关参考。

附图说明

图1为本发明材料表面冻结冰的剪切粘结强度测试系统的结构示意图。

图2为本发明材料表面冻结冰的剪切粘结强度测试系统夹具的结构示意图。

图中：1 变速电机；2 丝杠减速机；3 联轴节；4 试验台；5 升降台；6 夹具；7 试样；8 位移传感器；9 操作台；10 力传感器；11 待测材料；12 镂空区域。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案，对进一步说明本发明的具体实施方式。

图1中，本发明将6夹具水平放置在11待测材料的凹槽处，在6夹具的凹槽内生成冻结冰形成7试样，将冻结在一起的6夹具与11待测材料通过梯型槽安装在9操作台与5升降台之间，7试样固定后启动1变速电机，1变速电机通过3联轴节与2丝杠减速机相连接，2丝杠减速机对5升降台产生提拉作用，9操作台固定不动，5升降台对6夹具的提拉作用最终形成对冻结冰与11待测材料表面间粘结处的剪切作用。

图1中，本发明由8位移传感器测量剪切过程中5升降台竖直方向的位移，10力传感器测量试验过程中剪切力的大小。

图1中，本发明由1变速电机调节剪切速率。

图2中，本发明由6夹具的镂空区域的面积控制式样的粘结面积。