[發(fā)明專利]用于測試材料系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104833566B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設計）人: R·B·格雷戈爾;J·D·摩根;Q·N·勒;J·M·德雷克斯勒;J·A·米特勒迪爾
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發(fā)明涉及用于測試材料系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可包括：支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)用于安裝所述材料系統(tǒng)；以及電動機械裝置，該電動機械裝置可操作地連接至所述支撐結(jié)構(gòu)；其中，所述電動機械裝置向所述材料系統(tǒng)施加電動機械致力，并且電動機械致力在非常少的時間內(nèi)，使得所述材料系統(tǒng)中發(fā)生與熱應力引起材料位移等效的位移。

技術領域

本發(fā)明大體上涉及材料測試，更具體而言，涉及一種用于測試材料系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，其中采用機械位移循環(huán)替代借助熱循環(huán)進行的材料效應的評測。

背景技術

由于環(huán)境應力，表面材料及其他終飾系統(tǒng)(finish system)，諸如涂層、附飾和/或緊固件界面，會在多種結(jié)構(gòu)上發(fā)生開裂。終飾系統(tǒng)中產(chǎn)生的開裂會向底層結(jié)構(gòu)擴展，從而形成容許濕氣或其他環(huán)境成分進入的通道，這導致終飾系統(tǒng)及其所保護結(jié)構(gòu)的功能退化和腐蝕。在很多場合中，必須測試材料系統(tǒng)(例如底層結(jié)構(gòu)和終飾系統(tǒng))的耐用性，以確保終飾系統(tǒng)能經(jīng)受其所處的環(huán)境。材料系統(tǒng)的測試包括使底層結(jié)構(gòu)和/或終飾系統(tǒng)經(jīng)受熱循環(huán)(例如，通常以相對較高的變化率在兩個溫度限值之間的循環(huán))的過程。對材料系統(tǒng)進行溫度循環(huán)，以確保在終飾系統(tǒng)的期望壽命內(nèi)，即使不同材料系統(tǒng)的不同熱膨脹系數(shù)或物理性質(zhì)上的其他變化不匹配，也不會發(fā)生開裂。

例如，在航空工業(yè)中，用于鋁和/或復合結(jié)構(gòu)的終飾系統(tǒng)(例如，防護性涂層和/或緊固件界面)的質(zhì)量必須足夠高，以確保它們能在材料系統(tǒng)和/或終飾系統(tǒng)的整個壽命內(nèi)足以防護底層結(jié)構(gòu)(例如，飛行器)不受所處嚴苛環(huán)境的破壞。為此所設計的熱循環(huán)測試，用于在整個設計壽命內(nèi)模擬所經(jīng)受的環(huán)境應力，其既費時又費錢。因此，難以對大量具有不同材料參數(shù)的潛在待選材料系統(tǒng)進行篩選而用于終飾系統(tǒng)。

此外，可利用環(huán)境腔室來對待選材料系統(tǒng)進行測試，該環(huán)境腔室重現(xiàn)了底層結(jié)構(gòu)和終飾系統(tǒng)所經(jīng)受的濕度和溫度。操作環(huán)境腔室來篩選有效的潛在終飾系統(tǒng)則進一步增加了費用和時間。

例如，在材料系統(tǒng)的熱篩選中，終飾系統(tǒng)的完全定性就要花上幾個月的時間。其部分原因在于，許多終飾系統(tǒng)的多層特性，而且有大量參數(shù)需要考慮和優(yōu)化。在選定待選材料系統(tǒng)之后，單獨一個熱循環(huán)(例如，足以使終飾系統(tǒng)膨脹和收縮的循環(huán))就可能花上數(shù)個小時。多個熱循環(huán)構(gòu)成一個測試單元(例如，1個測試單元＝400個熱循環(huán))。有效地模擬待選材料系統(tǒng)(例如，底層結(jié)構(gòu)和/或終飾系統(tǒng)的設計)的通用服務壽命，和/或在出現(xiàn)開裂之前，需要重復進行多個測試單元。

因此，采用傳統(tǒng)的測試方法，即使進行一個潛在待選終飾系統(tǒng)的篩選也是耗時耗力的，而且成本也很高。

因此，本領域技術人員一直在材料測試領域、特別是在表面終飾系統(tǒng)的開裂測試領域內(nèi)進行研究和開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

在一個方面中，本公開系統(tǒng)提供一種用于測試材料系統(tǒng)的系統(tǒng)，其包括：支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)用于安裝所述材料系統(tǒng)；以及電動機械裝置，該電動機械裝置可操作地連接至所述支撐結(jié)構(gòu)；其中，所述電動機械裝置向所述材料系統(tǒng)施加電動機械致力(electromechanical-induced force)，而且其中，所述電動機械致力在所述材料系統(tǒng)中引起位移，其中校準該電動機械致力，使其等效于熱應力引起的位移。

1.根據(jù)一個方面，提供一種用于測試材料系統(tǒng)的系統(tǒng)，其包括：支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)用于安裝所述材料系統(tǒng)；以及電動機械裝置，該電動機械裝置可操作地連接至所述支撐結(jié)構(gòu)，其中，所述電動機械裝置向所述材料系統(tǒng)施加電動機械致力，使得所述材料系統(tǒng)中發(fā)生位移。

2.有利的是，所述位移是沿著至少一個正交方向的。

3.有利的是，所述電動機械裝置包括壓電轉(zhuǎn)換器。

4.有利的是，所述系統(tǒng)還包括至少一個傳感器，該傳感器用于收集與所述材料系統(tǒng)的狀況有關的信息。

5.有利的是，所述系統(tǒng)還包括處理器，該處理器用于分析與所述材料系統(tǒng)的所述狀況有關的所述信息。