一种基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法与流程

1.本技术属于低温环境试验技术领域，特别涉及一种基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法。


背景技术：

2.飞行器在地面停放、维修、保养中的低温环境成为导致各类事故征候与飞行事故的一类典型因素，在低温环境下，飞行器易出现结冰积冰、密封不严、滑油液压系统故障和电子设备故障等各类问题。
3.目前，使用低温环境试验箱模拟实际外场低温实验环境已经成为低温实验的常见实验方法，但由于外场环境较为复杂，环境试验箱的内场环境与外界的外场环境的低温环境试验具有一定差异，需将环境箱内内场低温试验等效得到外场低温试验。
4.因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：
7.一种基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，包括：
8.步骤一、进行材料内场低温试验，获取材料内场低温试验数据；
9.步骤二、根据所述材料内场低温试验数据拟合出试件长度变化量随温度变化曲线；
10.步骤三、获取材料内场到外场的等效变换关系：
[0011][0012]
其中，l0为试件的初始长度，l1为外场试验中试件的长度变化量，l2为内场试验中试件的长度变化量，f(t1)为温度为t1时材料内场刚度温度系数；
[0013]
步骤四、获取材料外场低温试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场低温试验等效曲线。
[0014]
在本技术的至少一个实施例中，步骤一中，所述进行材料内场低温试验，获取材料内场低温试验数据包括：
[0015]
进行材料内场低温拉伸回弹试验，获取材料内场的拉伸回弹试验数据；和/或
[0016]
进行材料内场低温等重拉伸试验，获取材料内场的等重拉伸试验数据。
[0017]
在本技术的至少一个实施例中，所述进行材料内场低温拉伸回弹试验，获取材料内场的拉伸回弹试验数据包括：
[0018]
设置材料内场低温环境温度条件；
[0019]
将试件伸长至预定长度后，放置在材料内场低温环境下暴露预定时间，直至试件与环境温度相同；
[0020]
松开试件，令其自行回弹，测量试件在不同低温环境下的自然回缩量。
[0021]
在本技术的至少一个实施例中，所述进行材料内场低温等重拉伸试验，获取材料内场的等重拉伸试验数据包括：
[0022]
设置材料内场低温环境温度条件；
[0023]
将试件放置在材料内场低温环境下暴露预定时间，直至试件与环境温度相同；
[0024]
对试件加载相同质量的砝码，测量试件在不同低温环境下的加载伸长量。
[0025]
在本技术的至少一个实施例中，所述材料内场低温环境温度条件包括
‑
40℃至0℃中的多个温度点。
[0026]
在本技术的至少一个实施例中，步骤二中，所述根据所述材料内场低温试验数据拟合出试件长度变化量随温度变化曲线包括：
[0027]
根据所述拉伸回弹试验数据拟合出试件回弹长度随温度变化曲线；和/或
[0028]
根据所述等重拉伸试验数据拟合出试件拉伸长度随温度变化曲线。
[0029]
在本技术的至少一个实施例中，步骤四中，所述获取材料外场低温试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场低温试验等效曲线包括：
[0030]
所述获取材料外场的拉伸回弹试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场拉伸回弹试验等效曲线；和/或
[0031]
所述获取材料外场的等重拉伸试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场等重拉伸试验等效曲线。
[0032]
在本技术的至少一个实施例中，还包括步骤五、
[0033]
进行材料外场低温试验，获取材料外场低温试验数据；
[0034]
根据所述材料外场低温试验数据拟合出材料外场低温试验曲线；
[0035]
根据所述材料外场低温试验曲线对所述材料外场低温试验等效曲线进行拟合优度评价。
[0036]
在本技术的至少一个实施例中，在进行材料外场低温试验中，每次测量三次温度，当温度浮动不超过1℃时，取平均值作为试验温度。
[0037]
在本技术的至少一个实施例中，所述根据所述材料外场低温试验曲线对所述材料外场低温试验等效曲线进行拟合优度评价包括：
[0038]
r2＝1
‑
ss
err
/ss
tot
[0039][0040][0041]
其中，ss
err
为残差，ss
tot
为偏差，p
i
为对应温度点的长度变化量的测试值，为p
i
的
平均值，为对应温度点的长度变化量的等效变换值，n为参与拟合的测试数据点数量。
[0042]
发明至少存在以下有益技术效果：
[0043]
本技术的基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，能够较好的通过内场试验数据变换得到外场低温稳态响应，且形式简单计算方便；解决了外场试验低温试验窗口期短、试验温度不可控的情况，可用于关键材料、结构的性能试验，降低试验成本，减少试验时间。
附图说明
[0044]
图1是本技术一个实施方式的某材料内场拉伸回弹试验拟合曲线；
[0045]
图2是本技术一个实施方式的某材料外场拉伸回弹试验拟合曲线；
[0046]
图3是本技术一个实施方式的某材料拉伸回弹试验内外场变换示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
[0048]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
[0049]
下面结合附图1至图3对本技术做进一步详细说明。
[0050]
本技术提供了一种基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，包括：
[0051]
步骤一、进行材料内场低温试验，获取材料内场低温试验数据；
[0052]
步骤二、根据材料内场低温试验数据拟合出试件长度变化量随温度变化曲线；
[0053]
步骤三、获取材料内场到外场的等效变换关系：
[0054][0055]
其中，l0为试件的初始长度，l1为外场试验中试件的长度变化量，l2为内场试验中试件的长度变化量，f(t1)为温度为t1时材料内场刚度温度系数；
[0056]
步骤四、获取材料外场低温试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场低温试验等效曲线。
[0057]
本技术的基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，进行材料内场低温试验包括进行材料内场低温拉伸回弹试验以及进行材料内场低温等重拉伸试验。
[0058]
在本技术的一个实施方式中，进行材料内场低温拉伸回弹试验，获取材料内场的拉伸回弹试验数据包括：
[0059]
设置材料内场低温环境温度条件；
[0060]
将试件伸长至预定长度后，放置在材料内场低温环境下暴露预定时间，直至试件与环境温度相同；
[0061]
松开试件，令其自行回弹，测量试件在不同低温环境下的自然回缩量。
[0062]
在本技术的另一个实施方式中，进行材料内场低温等重拉伸试验，获取材料内场的等重拉伸试验数据包括：
[0063]
设置材料内场低温环境温度条件；
[0064]
将试件放置在材料内场低温环境下暴露预定时间，直至试件与环境温度相同；
[0065]
对试件加载相同质量的砝码，测量试件在不同低温环境下的加载伸长量。
[0066]
在本技术的优选实施例中，其中，材料内场低温环境温度条件主要包括
‑
40℃至0℃中的多个温度点。
[0067]
本技术的基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，根据不同的试验数据，选择合适的拟合方法和拟合曲线，对实验得到的散点数据进行相关拟合，分别可以拟合出试件回弹长度随温度变化曲线以及试件拉伸长度随温度变化曲线。
[0068]
本技术的基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，假设在等重拉伸试验时，常温t0下试件的原长为l0，温度为t1时，外场试验拉伸长度为l1，此时材料的外场等效刚度为k
out
(t1)，内场试验拉伸长度为l2且l1≠l2，材料的内场等效刚度为k
in
(t1)，且有k
out
(t1)＝k
in
(t1) δk(t1)，k
in
(t1)＝f(t1)k
in
(t0)，f(t1)为温度为t1时材料的内场刚度温度系数，温度为t2＝t1 δt时，内场试验拉伸长度为l1，经理论推导可得，则此时温度t1下的外场试验长度为：
[0069][0070]
通过内外场长度等效变换公式，可以对内场试验数据拟合曲线进行变换。
[0071]
在材料内场低温试验的基础上，通过采集材料外场低温试验的温度点，将其带入数学推导中，即可得到材料外场低温试验等效曲线。
[0072]
在本技术的优选实施例中，通过获取材料外场的拉伸回弹试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场拉伸回弹试验等效曲线；通过获取材料外场的等重拉伸试验的温度数据，根据材料内场到外场的等效变换关系计算出各个温度点对应的试件的长度变化量，拟合出材料外场等重拉伸试验等效曲线。
[0073]
有利的是，在本技术的优选实施方案中，还包括步骤五、进行材料外场低温试验，获取材料外场低温试验数据；
[0074]
根据材料外场低温试验数据拟合出材料外场低温试验曲线；
[0075]
根据材料外场低温试验曲线对材料外场低温试验等效曲线进行拟合优度评价。
[0076]
在本技术的一个实施方式中，进行材料内场低温试验时，使用低温环境试验箱。拟合得到的材料内场低温试验曲线，如图1所示。在
‑
40℃至0℃的外场环境下某材料试件进行
了试验，试验开始之前需统一对试件进行预处理。考虑到外场试验时外界温度不稳定，在进行材料外场低温试验中，每次测量三次温度，当温度浮动不超过1℃时，取平均值作为试验温度，拟合出材料外场低温试验曲线如图2所示。
[0077]
为了表示拟合结果与实验数据的准确程度，选择r2检验评价拟合模型的拟合误差。表达式如下：
[0078]
r2＝1
‑
ss
err
/ss
tot
[0079][0080][0081]
其中，ss
err
为残差，ss
tot
为偏差，p
i
为对应温度点的长度变化量的测试值，为p
i
的平均值，为对应温度点的长度变化量的等效变换值，n为参与拟合的测试数据点数量。
[0082]
将变换后的内场拟合曲线与对应外场曲线进行拟合优度评价，r2越大，拟合优度越高，误差越小。本实施例中，如图3所示，优度达0.999以上。
[0083]
本技术的基于等效性理论的材料外场低温试验响应等效方法，能够较好的通过内场试验数据变换得到外场低温稳态响应，且形式简单计算方便；解决了外场试验低温试验窗口期短、试验温度不可控的情况，可用于关键材料、结构的性能试验，降低试验成本，减少试验时间。
[0084]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。