[发明专利]用于测试材料系统的系统和方法

说明书

本发明涉及用于测试材料系统的系统和方法。该系统可包括：支撑结构，该支撑结构用于安装所述材料系统；以及电动机械装置，该电动机械装置可操作地连接至所述支撑结构；其中，所述电动机械装置向所述材料系统施加电动机械致力，并且电动机械致力在非常少的时间内，使得所述材料系统中发生与热应力引起材料位移等效的位移。

技术领域

本发明大体上涉及材料测试，更具体而言，涉及一种用于测试材料系统的系统和方法，其中采用机械位移循环替代借助热循环进行的材料效应的评测。

背景技术

由于环境应力，表面材料及其他终饰系统(finish system)，诸如涂层、附饰和/或紧固件界面，会在多种结构上发生开裂。终饰系统中产生的开裂会向底层结构扩展，从而形成容许湿气或其他环境成分进入的通道，这导致终饰系统及其所保护结构的功能退化和腐蚀。在很多场合中，必须测试材料系统(例如底层结构和终饰系统)的耐用性，以确保终饰系统能经受其所处的环境。材料系统的测试包括使底层结构和/或终饰系统经受热循环(例如，通常以相对较高的变化率在两个温度限值之间的循环)的过程。对材料系统进行温度循环，以确保在终饰系统的期望寿命内，即使不同材料系统的不同热膨胀系数或物理性质上的其他变化不匹配，也不会发生开裂。

例如，在航空工业中，用于铝和/或复合结构的终饰系统(例如，防护性涂层和/或紧固件界面)的质量必须足够高，以确保它们能在材料系统和/或终饰系统的整个寿命内足以防护底层结构(例如，飞行器)不受所处严苛环境的破坏。为此所设计的热循环测试，用于在整个设计寿命内模拟所经受的环境应力，其既费时又费钱。因此，难以对大量具有不同材料参数的潜在待选材料系统进行筛选而用于终饰系统。

此外，可利用环境腔室来对待选材料系统进行测试，该环境腔室重现了底层结构和终饰系统所经受的湿度和温度。操作环境腔室来筛选有效的潜在终饰系统则进一步增加了费用和时间。

例如，在材料系统的热筛选中，终饰系统的完全定性就要花上几个月的时间。其部分原因在于，许多终饰系统的多层特性，而且有大量参数需要考虑和优化。在选定待选材料系统之后，单独一个热循环(例如，足以使终饰系统膨胀和收缩的循环)就可能花上数个小时。多个热循环构成一个测试单元(例如，1个测试单元＝400个热循环)。有效地模拟待选材料系统(例如，底层结构和/或终饰系统的设计)的通用服务寿命，和/或在出现开裂之前，需要重复进行多个测试单元。

因此，采用传统的测试方法，即使进行一个潜在待选终饰系统的筛选也是耗时耗力的，而且成本也很高。

因此，本领域技术人员一直在材料测试领域、特别是在表面终饰系统的开裂测试领域内进行研究和开发。

发明内容

在一个方面中，本公开系统提供一种用于测试材料系统的系统，其包括：支撑结构，该支撑结构用于安装所述材料系统；以及电动机械装置，该电动机械装置可操作地连接至所述支撑结构；其中，所述电动机械装置向所述材料系统施加电动机械致力(electromechanical-induced force)，而且其中，所述电动机械致力在所述材料系统中引起位移，其中校准该电动机械致力，使其等效于热应力引起的位移。

1.根据一个方面，提供一种用于测试材料系统的系统，其包括：支撑结构，该支撑结构用于安装所述材料系统；以及电动机械装置，该电动机械装置可操作地连接至所述支撑结构，其中，所述电动机械装置向所述材料系统施加电动机械致力，使得所述材料系统中发生位移。

2.有利的是，所述位移是沿着至少一个正交方向的。

3.有利的是，所述电动机械装置包括压电转换器。

4.有利的是，所述系统还包括至少一个传感器，该传感器用于收集与所述材料系统的状况有关的信息。

5.有利的是，所述系统还包括处理器，该处理器用于分析与所述材料系统的所述状况有关的所述信息。