液滴射流靶向沖擊試驗VIP

1零件沖擊試驗方法液滴射流靶向沖擊試驗本文件規(guī)定了飛行器零件進行液滴射流靶向沖擊試驗的試驗?zāi)康?、試驗環(huán)境、試驗設(shè)備儀器、試驗人員、試驗件、試驗項目、試驗條件、試驗程序、試驗數(shù)據(jù)錄取和處理、試驗數(shù)據(jù)有效性評定、試驗報告等方面要求。本文件適用于使用射流模擬液滴，對飛行器零件試驗件表面進行重復(fù)靶向沖擊試驗，并對試驗件造成侵蝕或損傷的試驗測試。本標(biāo)準(zhǔn)不適用于使用旋轉(zhuǎn)裝置法模擬的試驗件因液滴的離散沖擊而被侵蝕或損壞的試驗測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T30789.4色漆和清漆涂層老化的評價缺陷的數(shù)量和大小以及外觀均勻變化程度的標(biāo)識第4部分：開裂等級的評定GB/T30789.5色漆和清漆涂層老化的評價缺陷的數(shù)量和大小以及外觀均勻變化程度的標(biāo)識第5部分：剝落等級的評定ASTMG73-10StandardTestMethodforLiquidImpingementErosionUsingRotatingApparatus13術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.2射流jet在高壓作用下形成的圓柱狀高速水團。3.1噴嘴nozzle出水口附近具備如圖1所示的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔中充滿水，在定向高壓的作用下能產(chǎn)生射流的裝置，通過改變噴嘴的出口直徑d，可獲得不同的射流等效直徑。3.3射流形態(tài)jetpattern射流運動方向前緣的形狀。23.4沖擊參數(shù)impactparameter與射流沖擊試驗件表面相關(guān)的參數(shù)，包括沖擊速度、射流等效直徑、沖擊角度、沖擊頻率、沖擊次數(shù)。3.5沖擊速度impactspeed射流頭部接觸試驗件表面時的瞬時速度。3.6射流等效直徑equivalentdiameterofjet圓柱狀射流的前緣直徑，用于表示球狀射流模擬同等直徑的球形液滴沖擊。3.7沖擊角度impactangle射流速度矢量與沖擊表面法線的夾角。3.8沖擊頻率impactingfrequency試驗件每秒鐘受到?jīng)_擊的次數(shù)。3.9損傷damage因暴露于液體沖擊侵蝕中，試驗件受到的任何影響，包括材料損失、表面變形或微觀結(jié)構(gòu)、性能以及包括外觀的任何其他變化。3.10失效failure表示損傷發(fā)展的程度。在實驗前應(yīng)對其進行規(guī)定，對于金屬或非金屬材料試驗件，通常是肉眼可見的任何損傷；對于表面層材料試驗件，通常包括開裂、涂層或覆膜部分剝落、涂層或覆膜破壞至基材等，其他由相關(guān)方規(guī)定的損傷程度也可使用。3.11損傷閾值速度damagethresholdvelocity在給定的一組沖擊參數(shù)和沖擊次數(shù)下，剛達(dá)到失效條件時對應(yīng)的沖擊速度。3.12絕對損傷閾值速度absolutedamagethresholdvelocity對于給定的一組沖擊參數(shù)，當(dāng)沖擊速度小于絕對損傷閾值速度時，無論沖擊次數(shù)增加到多少，試驗件都不會失效。3.13損傷沖擊次數(shù)numberofdamageshocks在特定的一組沖擊參數(shù)下，剛達(dá)到失效條件時對應(yīng)的射流沖擊次數(shù)。3.14材料損傷參數(shù)materialdamageparameter試驗件達(dá)到失效條件后，在光學(xué)顯微鏡下測得損傷區(qū)域的尺寸參數(shù)，包括長度、直徑、面積、深度等參數(shù)。4一般要求4.1試驗?zāi)康?利用高速射流對試驗件表面的靶向沖擊，模擬試驗件表面受到液滴沖擊，并造成試驗件損傷的現(xiàn)象。為測試試驗件的耐雨滴侵蝕性質(zhì)提供試驗手段，為研究材料的損傷參數(shù)受沖擊參數(shù)的影響提供研究方法。4.2試驗環(huán)境除試驗任務(wù)書有特殊規(guī)定外，試驗環(huán)境條件為：溫度為（23±2）℃,相對濕度為（50±10）%。4.3試驗人員試驗人員上崗前應(yīng)經(jīng)過試驗設(shè)備、儀器及安全設(shè)施使用方法和安全操作規(guī)程的培訓(xùn)，熟練掌握試驗室的業(yè)務(wù)知識，并通過相關(guān)考核。4.4試驗件4.4.1試驗件形狀和尺寸試驗件推薦形狀為矩形平板，尺寸為200×100（單位為毫米），如圖2所示，試驗件厚度k為試驗件的實際厚度，或測試時將厚度作為研究變量。注：其他由試驗任務(wù)書規(guī)定、且符合試驗設(shè)備和測試目的的試驗件類型也可使用，例如真實的飛行器零件或帶有翼型或圓柱形表面的試驗件。4.4.2試驗件數(shù)量試驗件數(shù)量按試驗任務(wù)書規(guī)定，應(yīng)至少保證每個試驗工況能進行三次重復(fù)實驗。4.4.3試驗件類型試驗件類型主要有三類：a）金屬材料試驗件，包括純金屬和合金；b）非金屬材料試驗件，包括玻璃、塑料、聚合物以及各類復(fù)合材料等；c）表面層材料試驗件，包括各類表面涂層材料以及表面薄膜材料等。4.4.4試驗件制備4.4.4.1金屬材料試驗件金屬試驗件的制備應(yīng)滿足以下要求：a）試驗件可從板材切割而成，試驗件的切割過程應(yīng)避免表面加工硬化，采用正確的加工方法確保試驗件的平面度；b）所有試驗件應(yīng)附帶合格證或質(zhì)量證明文件。4.4.4.2非金屬材料驗件非金屬材料試驗件的制備應(yīng)滿足以下要求：a）試驗件的制備應(yīng)按照供應(yīng)商推薦方法或符合相關(guān)方商定的要求；b）試驗件的暴露表面不宜進行機械加工；c）所有試驗件應(yīng)附帶合格證或質(zhì)量證明文件。4.4.4.3表面層材料試驗件表面層材料試驗件的制備應(yīng)滿足以下要求：a）試驗件由涂覆在標(biāo)準(zhǔn)化基材上的涂層或薄膜組成；4b）試驗件的制備應(yīng)按照供應(yīng)商推薦方法或符合相關(guān)方商定的要求，包括規(guī)定的表面處理方法、固化方法和涂覆后處理方法；c）所有試驗件應(yīng)附帶合格證或質(zhì)量證明文件。4.4.5試驗件安裝試驗件安裝應(yīng)滿足以下要求：a）用于安裝試驗件夾具的設(shè)計應(yīng)便于試驗件的安裝、調(diào)整，重復(fù)移除、清潔，撞擊過程中不干涉試驗件變形，不妨礙高速攝像系統(tǒng)的工作；b）試驗件夾具應(yīng)能進行角度調(diào)節(jié)，模擬不同角度的射流沖擊，試驗件夾具如圖3所示；c）試驗件四邊均勻夾持，推薦使用皮筋或雙面膠將試驗件固定于夾具的試驗件安裝平面上。d）對于有角度要求的沖擊試驗，試驗前應(yīng)使用量角尺對試驗件的安裝角度進行測量。圖3試驗件夾具示意圖4.4.6標(biāo)識應(yīng)對試驗件進行標(biāo)識，以相互區(qū)分，且確?？勺匪菪?。標(biāo)識不應(yīng)對試驗造成影響，也不應(yīng)受試驗影響。4.5試驗項目4.5.1損傷參數(shù)受沖擊速度影響試驗對于沖擊次數(shù)為定值的單次或多次沖擊試驗，每次試驗僅改變沖擊速度，探究損傷參數(shù)受沖擊速度的影響。4.5.2損傷參數(shù)受射流等效直徑影響試驗對于沖擊次數(shù)為定值的單次或多次沖擊試驗，每次試驗僅改變射流等效直徑，探究損傷參數(shù)受射流等效直徑的影響。射流等效直徑應(yīng)符合ASTMG73-10的規(guī)定。4.5.3損傷參數(shù)受沖擊角度影響試驗對于沖擊次數(shù)為定值的單次或多次沖擊試驗，每次試驗僅改變沖擊角度，探究損傷參數(shù)受沖擊角度的影響。推薦常用的沖擊角度有30°、60°、90°。4.5.4損傷參數(shù)受沖擊頻率影響試驗對于連續(xù)射流靶向沖擊裝置模擬的多次沖擊試驗，每次試驗僅改變沖擊頻率，探究損傷參數(shù)受沖擊頻率的影響。推薦常用的沖擊頻率有50Hz、100Hz、200Hz。4.5.5損傷參數(shù)受沖擊次數(shù)影響試驗每次試驗的沖擊速度、射流等效直徑、沖擊角度、沖擊頻率為一組定值，對于同一個試驗件的同一個沖擊位置，增加沖擊次數(shù)，探究損傷參數(shù)受沖擊次數(shù)的影響。4.5.6試驗件損傷閾值速度測定試驗每次試驗將射流等效直徑、沖擊角度、沖擊頻率確定為一組定值，改變沖擊速度，記錄本次試驗的沖擊速度以及試驗件剛好發(fā)生損傷的沖擊次數(shù)。這個沖擊速度即為測得的試驗件在該沖擊次數(shù)下的損傷閾值速度。55試驗設(shè)備與測試儀器5.1光學(xué)顯微鏡放大倍數(shù)不低于50倍且具有拍照功能。5.2烘箱能控制在（50士3）℃或其他商定的溫度士3℃,用于烘干試驗件。5.3刻度尺全視場標(biāo)定高速攝像機時精度不低于1mm。5.4測角儀安裝試驗件時測量試驗件的受沖擊角度，精度不低于1°。5.5秒表對于連續(xù)射流沖擊試驗，使用秒表記錄試驗件受沖擊的時間，乘以沖擊頻率得到?jīng)_擊次數(shù)。秒表精度要求不低于0.01s。5.6射流沖擊設(shè)備5.6.1單射流靶向沖擊裝置5.6.1.1基本組成單射流沖擊裝置主要用于對試驗件產(chǎn)生單次或少量多次的靶向沖擊。單射流沖擊裝置主要由發(fā)射系統(tǒng)、射流發(fā)生裝置、高速攝像機、夾具、防飛濺罩組成，可根據(jù)需求配置，如圖4所示。圖4單射流靶向沖擊裝置示意圖5.6.1.2發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、氣室、電磁閥控、炮管等部分組成，用于發(fā)射彈托和彈丸。發(fā)射系統(tǒng)需滿足以下要求：a）空氣壓縮機能力應(yīng)與壓力容器匹配，能在較短時間內(nèi)使壓力容器內(nèi)達(dá)到試驗所需壓力；b）發(fā)射系統(tǒng)的氣壓與產(chǎn)生射流速度的關(guān)系應(yīng)具備相應(yīng)的標(biāo)定曲線；c）電磁閥控應(yīng)在充氣過程中不漏氣，在發(fā)射時保證壓縮空氣在瞬間全部快速通過；d）炮管內(nèi)壁應(yīng)保持光滑，每次試驗后應(yīng)進行適當(dāng)清潔。5.6.1.3射流發(fā)生裝置射流發(fā)生裝置主要由噴嘴、橡膠圓盤和彈體組成，用于產(chǎn)生射流。射流發(fā)生裝置需滿足以下要a）噴嘴內(nèi)腔精加工，粗糙度Ra值應(yīng)不超過1.6μm；b）橡膠圓盤的尺寸應(yīng)與噴嘴末端直徑匹配，保證水不泄露；c）可根據(jù)所需的沖擊速度，選擇使用的彈體材質(zhì)，推薦采用鋁彈或鉛彈；d）射流發(fā)生裝置應(yīng)能產(chǎn)生100-600m/s沖擊速度的射流；6e）試驗前噴嘴出水口的液面應(yīng)呈微凸?fàn)?，保證射流發(fā)生裝置產(chǎn)生的射流形態(tài)盡可能接近頭部為圓弧狀且具有一定曲率；f）可根據(jù)所需的射流等效直徑，選擇使用對應(yīng)出口直徑的噴嘴，射流等效直徑的誤差應(yīng)小于±5%。5.6.1.4高速攝像機高速攝像機用于記錄射流頭部接觸試驗件前的形態(tài)及沖擊過程。通過前期標(biāo)定，可對射流等效直徑、射流沖擊速度進行計算。使用高速攝像機拍攝時，拍攝幀率應(yīng)不低于1×105fps，同時應(yīng)使用鋪助光源，確保高速攝像機能夠清晰的拍攝沖擊全過程。5.6.1.5防飛濺罩防飛濺罩用于防止試驗時有彈脫或試驗件碎片飛出，應(yīng)在試驗前加蓋于試驗件夾具周圍。5.6.2連續(xù)射流靶向沖擊裝置5.6.2.1基本組成連續(xù)射流靶向沖擊裝置主要用于產(chǎn)生高頻多次的重復(fù)沖擊，其主要由高速射流發(fā)生裝置、射流切割機構(gòu)、高速攝像機、夾具、防飛濺罩組成。如圖5所示。圖5連續(xù)射流靶向沖擊裝置5.6.2.2高速射流發(fā)生裝置高速射流發(fā)生裝置應(yīng)滿足以下要求：a）試驗中應(yīng)通過調(diào)節(jié)水泵的壓力旋鈕，改變水壓，進而改變高速射流發(fā)生裝置產(chǎn)生射流的速度；b）射流沖擊速度應(yīng)在150-500m/s可調(diào)；c）高速射流發(fā)生裝置產(chǎn)生的射流形態(tài)盡可能接近圓柱狀；d）可根據(jù)所需的射流等效直徑，選擇使用對應(yīng)出口直徑的噴嘴，射流等效直徑的誤差應(yīng)小于±5%。5.6.2.3射流切割機構(gòu)射流切割機構(gòu)滿足以下要求：a）射流切割機構(gòu)通過電機帶動邊緣有開孔的旋轉(zhuǎn)圓盤，對水射流進行切割，形成分段射流以模擬高速雨滴；b）可根據(jù)所需的沖擊頻率，選擇使用的電機轉(zhuǎn)速或圓盤邊緣開孔數(shù)，圓盤邊緣開孔數(shù)推薦值為75.6.2.4高速攝像機高速攝像系統(tǒng)要求同5.6.1.4。5.6.2.5防飛濺罩防飛濺罩要求同5.6.1.5。6詳細(xì)要求6.1試驗條件6.1.1試驗件狀態(tài)調(diào)節(jié)試驗件應(yīng)在試驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下至少放置48h。6.1.2試驗介質(zhì)按照測試要求選擇實驗介質(zhì)，可選用蒸餾水、自來水、鹽水、人工海水或其他由相關(guān)方商定的介質(zhì)。6.2試驗程序6.2.1單射流靶向沖擊裝置6.2.1.1對待測試驗件進行外觀檢查，對于有初始缺陷、不符合要求的試驗件，應(yīng)予以作廢。6.2.1.2仔細(xì)清潔和干燥試驗件，對于金屬材料試驗件的初始清潔，建議使用硬毛刷或非研磨布和合適的揮發(fā)性溶劑進行擦洗。對于非金屬材料試驗件及表面層材料試驗件，請咨詢制造商，了解首選的清潔方法。6.2.1.3根據(jù)試驗任務(wù)書選定的試驗項目，明確試驗變量以及試驗不變量。6.2.1.4設(shè)置好相關(guān)試驗條件以及試驗不變量。對于射流等效直徑的設(shè)置，需更換好對應(yīng)尺寸的噴嘴，并用高速攝像機對射流等效直徑進行測試；對于沖擊角度，需要預(yù)先將試驗件夾具的角度調(diào)至相應(yīng)狀態(tài)，并用測角儀進行測量，保證試驗不變量均達(dá)到目標(biāo)值。6.2.1.5對射流速度進行預(yù)測試。根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)氣壓與射流速度的標(biāo)定曲線，對發(fā)射系統(tǒng)進行充氣，待氣壓達(dá)到目標(biāo)值，開啟電磁閥，釋放高壓氣體，觸發(fā)高速攝像機，記錄并測量產(chǎn)生射流的速度。如果射流速度的測量值與目標(biāo)值相差±2%以內(nèi)，即可對試驗件進行沖擊，否則調(diào)整氣壓并重新測試射流速度，直至射流速度值滿足要求。6.2.1.6按照4.4.5的要求將試驗件安裝在夾具上，加蓋防飛濺罩。6.2.1.7給發(fā)射系統(tǒng)充入高壓氣體，待氣壓值達(dá)到目標(biāo)值，開啟電磁閥，釋放高壓氣體，觸發(fā)高速攝像機，記錄射流沖擊過程，測量射流速度。6.2.1.8對于單次沖擊試驗，可跳過本步驟；對于多次沖擊試驗，需重復(fù)6.2.1.7，直至沖擊次數(shù)達(dá)到6.2.1.9取下試驗件，用光學(xué)顯微鏡或其他儀器測量試驗件的材料損傷參數(shù)。注：對于涂層材料試驗件，試驗后應(yīng)當(dāng)按GB/T30789.4的規(guī)定測定并記錄試驗件的開裂等級；按GB/T30789.5的規(guī)定測定并記錄試驗件的剝落等級。6.2.2連續(xù)射流靶向沖擊裝置6.2.2.1按照6.2.1.1對待測試驗件進行外觀檢查。6.2.2.2按照6.2.1.2對待測試驗件進行清潔和干燥。6.2.1.3按照6.2.1.3對明確試驗變量以及試驗不變量。6.2.1.4設(shè)置好相關(guān)試驗條件以及試驗不變量。對于射流等效直徑的設(shè)置，需更換好對應(yīng)尺寸的噴嘴，并用高速攝像機對射流等效直徑進行測試；對于沖擊頻率，需更換好對應(yīng)開孔數(shù)的圓盤；對于沖擊角度，需要預(yù)先將試驗件夾具的角度調(diào)至相應(yīng)狀態(tài)，并用測角儀進行測量；保證試驗不變量均達(dá)到目標(biāo)值。86.2.1.5對射流速度進行預(yù)測試。開啟高速射流發(fā)生裝置，調(diào)節(jié)高速射流發(fā)生裝置的壓力旋鈕，開啟射流切割機構(gòu)，觸發(fā)高速攝像機，記錄并測量產(chǎn)生射流的速度。如果射流速度的測量值與目標(biāo)值相差±2%以內(nèi)，即可對試驗件進行沖擊，否則繼續(xù)調(diào)整壓力旋鈕并重新測試射流速度，直至射流速度值滿足要求。6.2.1.6按照4.4.5的要求將試驗件安裝在夾具上，加蓋防飛濺罩。6.2.1.7開啟高速射流發(fā)生裝置，調(diào)節(jié)高速射流發(fā)生裝置的壓力旋鈕，開啟射流切割機構(gòu)，同時用秒表計時，并觸發(fā)高速攝像機，記錄射流沖擊過程，測量射流速度。6.2.1.8待沖擊次數(shù)達(dá)到試驗任務(wù)書的要求，或試驗件的失效到達(dá)試驗任務(wù)書所規(guī)定的狀態(tài)，停止試驗。6.2.1.9取下試驗件，用光學(xué)顯微鏡或其他儀器測量試驗件的材料損傷參數(shù)。6.3試驗數(shù)據(jù)錄取和處理6.3.1損傷參數(shù)受沖擊速度影響試驗每次試驗均保持射流等效直徑、沖擊角度以及沖擊次數(shù)不變，記錄每次試驗的沖擊速度、光學(xué)顯微鏡下觀察到的損傷形貌，以及光學(xué)顯微鏡測量到的材料損傷參數(shù)，并將數(shù)據(jù)記錄于表1。表1損傷參數(shù)受沖擊速度影響試驗數(shù)據(jù)記錄表試驗變量損傷參數(shù)損傷形貌沖擊速度（m/s）直徑/長度……………注：應(yīng)在備注一欄注明試驗中的不變量，包括射流等效直徑、沖擊角度以及沖擊次數(shù)，對于連續(xù)射流靶向沖擊裝置，還應(yīng)注明沖擊頻率。6.3.2損傷參數(shù)受射流等效直徑影響試驗每次試驗均保持射流沖擊速度、沖擊角度以及沖擊次數(shù)不變，記錄每次試驗的射流等效直徑、光學(xué)顯微鏡下觀察到的損傷形貌，以及光學(xué)顯微鏡測量到的材料損傷參數(shù)，并將數(shù)據(jù)記錄于表2。表2損傷參數(shù)受射流等效直徑影響試驗數(shù)據(jù)記錄表試驗變量損傷參數(shù)損傷形貌射流等效直徑直徑/長度……………注：應(yīng)在備注一欄注明試驗中的不變量，包括射流沖擊速度、沖擊角度以及沖擊次數(shù)，對于連續(xù)射流靶向沖擊裝置，還應(yīng)注明沖擊頻率。6.3.3損傷參數(shù)受沖擊角度影響試驗每次試驗均保持射流沖擊速度、射流等效直徑以及沖擊次數(shù)不變，記錄每次試驗的沖擊角度、光學(xué)顯微鏡下觀察到的損傷形貌，以及光學(xué)顯微鏡測量到的材料損傷參數(shù)，并將數(shù)據(jù)記錄于表3。9表3損傷參數(shù)受沖擊角度影響試驗數(shù)據(jù)記錄表試驗變量損傷參數(shù)損傷形貌直徑/長度……………注：應(yīng)在備注一欄注明試驗中的不變量，包括射流沖擊速度、射流等效直徑以及沖擊次數(shù)，對于連續(xù)射流靶向沖擊裝置，還應(yīng)注明沖擊頻率。6.3.4損傷參數(shù)受沖擊頻率影響試驗對于連續(xù)射流靶向沖擊裝置模擬的多次沖擊試驗，每次試驗均保持射流沖擊速度、射流等效直徑、沖擊角度以及沖擊次數(shù)不變，記錄每次試驗的沖擊頻率、光學(xué)顯微鏡下觀察到的損傷形貌，以及光學(xué)顯微鏡測量到的材料損傷參數(shù)，并將數(shù)據(jù)記錄于表4。表4損傷參數(shù)受沖擊頻率影響試驗數(shù)據(jù)記錄表試驗變量損傷參數(shù)損傷形貌沖擊頻率（Hz）直徑/長度……………注：應(yīng)在備注一欄注明試驗中的不變量，包括射流沖擊速度、射流等效直徑、沖擊角度以及沖擊次數(shù)。6.3.5損傷參數(shù)受沖擊次數(shù)影響試驗每次試驗均保證沖擊速度、射流等效直徑、沖擊角度、沖擊