[发明专利]一种适用于复合材料构件的环境试验装置

说明书

本发明是一种适用于复合材料构件的环境试验装置，该装置包括一个与环境试验箱(18)连接、用于包裹进行环境试验的复合材料构件(3)的恒温恒湿袋(5)，恒温恒湿袋(5)与大气隔离，环境试验箱(18)与恒温恒湿袋(5)之间通过输气管(8)和进气管(9)连接以实现对恒温恒湿袋(5)内温度和湿度的控制。本发明使用恒温恒湿真空袋结构可在湿热环境中进行大型疲劳试验或静力试验，使湿热环境下的疲劳试验和静力试验成为可能。在同时进行力学试验时，整个力学试验机及试验夹具的大部分均位于恒温恒湿袋5之外，保护了试验设备不被试验环境腐蚀。

技术领域

本发明是一种适用于复合材料构件的环境试验装置，属于测量测试技术领域。

背景技术

复合材料由于其高比强度、高比刚度，良好的耐疲劳、耐腐蚀等性能，在航空航天领域得到了广泛的应用，并已成为飞机先进性的标志。波音B787、空客A350等新一代大型客机上复合材料的用量已突破50％。第四代战斗机F-22复合材料用量达到了24％，F-35战机复合材料用量达到了35％。然而，复合材料对环境十分敏感，例如开孔压缩试验，湿热环境下试验件强度相比大气环境最多可降低20％，对飞机安全性产生严重影响。因此，在复合材料的力学试验中，必须考虑环境对材料性能的影响。

对于试样件、元件级的复合材料力学试验，由于其尺寸较小，可以在传统环境箱内开展带环境的力学试验(包括静力、疲劳)。对于典型结构件以及更大尺寸的复合材料试验件，由于尺寸较大(例如1m)且形状多变，加载系统、试验工装较为复杂，传统的环境箱和加载装置往往难以满足环境试验和力学试验的同时开展，为试验单独开发一套环境箱和加载装置成本高、周期长。通常有两种解决方法：一种是先在环境箱内对试验件进行环境处理(例如在环境箱内达到湿热平衡)，而后拿出环境箱在大气环境下开展力学试验；另一种是直接在大气环境下开展力学试验，通过力学载荷放大的方式考虑环境影响。

对于第一种方法，试验件在环境箱内达到环境平衡(例如湿热平衡)，从环境箱取出后，为保证试验件含湿量(通常用重量衡量)不变，需尽快完成贴片、夹持等准备工作并开展试验，静力试验周期短可以实现，但疲劳试验周期长，无法保证试验件含湿量的稳定。且大气环境的温度与环境箱有很大差别，也对试验效果产生影响。对于第二种方法，难点在于环境载荷放大系数的确定。高层级试验的环境载荷放大系数往往通过低层级试验确定，然而由于不同失效模式(开孔、冲击后压缩、连接等)对应的环境载荷放大系数不同，往往采用最大的环境载荷放大系数，造成了试验的保守性，载荷的增大也对试验件中的金属零件、夹具提出了更高的要求，提高了试验设计难度。

因此，上述两种方法均存在明显缺点，无法完全满足大型构件力学、环境试验的要求。对于易遭受盐雾环境腐蚀的飞机结构，需要开展盐雾环境等试验，也存在同样的问题。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种适用于复合材料构件的环境试验装置，其目的是针对不能放入环境试验箱内的大型复合材料构件，能够同时展开环境试验和力学试验，该装置适应性强、重用成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种适用于复合材料构件的环境试验装置包括一个与环境试验箱18连接、用于包裹进行环境试验的复合材料构件3的恒温恒湿袋5，恒温恒湿袋5与大气隔离，环境试验箱18与恒温恒湿袋5之间通过输气管8和进气管9连接以实现对恒温恒湿袋5内温度和湿度的控制。

在一种实施中，所述恒温恒湿袋5是由布匹状的材料裁剪、粘接而成，该恒温恒湿袋5为三层保温结构，里层11和外层13为尼龙、聚酰亚胺材质的薄膜，中间隔热层12为泡沫材料、纤维材料、真空材料、气泡隔热材料、泡棉隔热材料。

在一种实施中，在复合材料构件3的两端设置有试验夹具1用于进行疲劳或静力试验。

在一种实施中，复合材料构件3两端的试验夹具1通过密封胶条4隔离在恒温恒湿袋5以外，该密封胶条4为合成橡胶材质。