【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冰层界面力学性能测量表征，具体涉及一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，用于立式结冰风洞获取冰层与待测基底界面粘附强度拉伸-剪切失效包线。
技术介绍
1、飞机飞行中遭遇结冰会对飞行产生巨大危害，研究表明冰层与飞机结构基底材料的粘附力越低，飞机防除冰技术越容易将飞机蒙皮表面冰层去除。因此，准确测量、分析冰与飞机结构基底材料界面的粘附性能能够为飞机防除冰技术设计提供参考与数据支撑。
2、冰与飞机结构基底材料界面的粘附性能包括界面粘附剪切强度与界面粘附拉伸强度。但当前对冰层与基底材料界面粘附性能的实验测试方式的研究主要集中于界面单轴应力状态剪切粘附强度测试、或单轴应力状态拉伸粘附强度测试。例如，专利公告号为cn112014234b的中国专利提供了可用于界面单轴应力状态剪切粘附强度测试，或单轴应力状态拉伸粘附强度测试的测量装置，其公开了做法向冰黏附力测试时，用尼龙绳一连接圆柱杯杯底的连接件一，连接完成后迅速利用法向测试设备进行拉伸测试，获得的杯口脱粘拉力值减去杯本身重量即为冰黏附材料脱粘时需要的法向力值；做切向冰黏附力测试时用尼龙绳二连接圆柱杯侧部的连接件二，连接完成后迅速进行切向拉伸测试，获得的杯口脱粘拉力值减去杯本身重量即为冰黏附材料脱粘时需要的切向力值。又如，专利公告号为cn102288542a的中国专利提供了一种材料表面覆冰粘附强度测量系统及方法，其通过采用不同重量标准砝码实现了线性拉力增长的从而实现法向粘附力的测量。
3、由此可知，当前对冰层与基底材料界面粘附性能的实验测试方式的
4、通常，不同材料界面粘附强度包线所服从的分布模型不同，已知的分布模型大致包括两类，一类为无拐点的曲线分布，一类为有拐点折线，且拐点位于不同区域，如(拐点出现于中部区域，或者中前部区域，或者，中后部区域)。然而，目前最常用的包线测量方法是基于均匀分布的均值测量实验是用于获取材料界面粘附强度包线最常用的方法。然而，冰层与材料界面性能不同，冰层又分静态冰和动态冰，不同冰层所形成的条件不同其性质不同，其与材料界面之间形成界面的方式也不同，这些都可能影响界面粘附强度包线的形状，若直接将均匀测试值应用于冰层与基底材料表面粘附强度测量，可能会弱化包线特征(例如，拐点特征，以及拐点所在区域)，从而降低测量精确度；若利用多种分布模型分别进行实验，根据实验结果来进行筛选，将拉长整个实验周期；并且，到底是采用一种分布模型，还是采用多种分布模型，也将影响整个测量包线的整个实验方案的规划。
5、有鉴于此，在现有技术中没有针对冰层与材料界面粘附强度包线进行深入探究的前提下，如何进行实验方案规划以找到适用于冰层与基底材料界面粘附强度包线测量的方法是当前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，部分地解决或缓解现有技术中的上述不足，提供一种适用于冰层与基底材料界面粘附强度包线测量的实验设计方案，为获取冰层与基底材料界面粘附强度包线提供新的探索方向。
2、为了解决上述所提到的技术问题，本专利技术具体采用以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其包括步骤：在待测基底上制备目标冰层；所述目标冰层包括静态冰层或动态冰层；获取所述目标冰层与所述待测基底界面的单轴拉伸粘附强度和单轴剪切粘附强度；预设横坐标服从均匀分布的n个第一待测数据点，并在剪切-拉伸耦合状态下，通过实验分别获取n个所述第一待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值；通过预设的无拐点分布模型和预设的第一拐点分布模型进行数据拟合，并根据两个分布模型的拟合优度来判断所述目标冰层与基底材料界面粘附强度包线的包线特征类型；若为无拐点的包线，将数据拟合后的所述无拐点分布模型对应的无拐点曲线作为所述待测粘附强度包线；若为有拐点的包线，再次设定n个第二待测数据点，并根据所述包线特征类型为n个所述第二待测数据点匹配到相应的第二拐点分布模型和横坐标的分布密度函数，然后在剪切-拉伸耦合状态下通过实验获取横坐标服从特定分布密度函数的n个第二待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值；所述第二拐点分布模型为根据所述包线特征类型从预设的三个基础拐点分布模型中匹配到的；所述包线特征类型包括：存在显著拐点，且拐点位于包线的中部；或者，存在显著拐点，且拐点位于包线的中前部；或者，存在显著拐点，且拐点位于包线的中后部；利用所述第二拐点分布模型对得到的2n个待测数据点和单轴拉伸粘附强度、单轴剪切粘附强度进行数据拟合，得到待测所述目标冰层与所述待测基底粘附强度包线。
4、在一些实施例中，在剪切-拉伸耦合状态下通过实验获取n个第二待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值的步骤，具体包括：根据所述单轴拉伸粘附强度和所述分布密度函数计算得到每个第二待测数据点的横坐标取值；针对每个所述第二待测数据点，通过实验获取在所述横坐标取值对应的拉伸载荷基础上耦合切向载荷状态下的切向拉力峰值均值；基于所述切向拉力峰值均值计算得到所述第二待测数据点的剪切粘附强度，从而得到所述第二待测数据点的纵坐标取值。
5、在一些实施例中，通过实验分别获取n个第一待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值的步骤，具体包括步骤：将所述单轴拉伸粘附强度均匀划分n级，得到n个第一待测数据点的拉伸粘附强度取值，并作为n个第一待测数据点的横坐标取值；针对每个所述第一待测数据点，通过实验获取在所述横坐标取值对应的拉伸载荷基础上耦合切向载荷状态下的切向拉力峰值均值；基于所述切向拉力峰值均值计算得到所述第一待测测数据点的剪切粘附强度，从而得到所述第一待测数据点的纵坐标取值。
6、在一些实施例中，根据所述单轴拉伸粘附强度和所述分布密度函数计算得到每个所述第二待测数据点的横坐标取值的步骤，具体包括：若所述包线特征为存在显著拐点，且拐点位于包线的中部，n个所述第二待测数据点的横坐标服从正态分布，基于正态分布函数将所述单轴拉伸粘附强度划分n级，得到n个所述第二待测数据点的拉伸粘附强度取值；若所述包线特征为存在显著拐点，且拐点出现于包线的中前部，n个所述第二待测数据点的横坐标服从gamma分布，基于gamma分布函数将所述单轴拉伸粘附强度划分n级，得到n个所述第二待测数据点的拉伸粘附强度取值；若所述包线特征为存在显著拐点，且拐点出现于包线的中后部，n个所述第二待测数据点的横坐标服从gamma镜像分布，基于gamma分布函数将所述单轴拉伸粘附强度划分n级，得到n个所述第二待测数据点的拉伸粘附强度镜像取值，然后将n个所述第二待测数据点的拉伸粘附强度镜像取值以预设的对称轴进行镜像，得到n个所述第二待测数据点的拉伸粘附强度取值。
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【技术保护点】
1.一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，在剪切-拉伸耦合状态下通过实验获取N个第二待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值的步骤，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，通过实验分别获取N个第一待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值的步骤，具体包括步骤：
4.根据权利要求2所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，根据所述单轴拉伸粘附强度和所述分布密度函数计算得到每个所述第二待测数据点的横坐标取值的步骤，具体包括：
5.根据权利要4所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，所述对称轴位于τ-σ坐标系中所述单轴拉伸粘附强度横坐标的中点处，且与τ-σ坐标系中横轴垂直。
6.根据权利要求4所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，针对每个所述第二待测数据点，通过实验获取在所述横坐标取值对应的拉
7.根据权利要求6所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，所述方法基于一种动态冰与材料界面粘附强度包线测量系统，所述动态冰与材料界面粘附强度包线测量系统包括：内设第一气道管路的底座、固定在底座上，并与所述第一气道管路连通的气芯、可套设在所述气芯上的待测基底杯座、设置在所述待测基底杯座内第二气道管路顶部开口的柔性载体、用于向所述杯座上形成的动态冰分别施加切向拉力和法向拉力的切向动力源和气流式法向动力源，负压装置，所述负压装置通过第三气道管路与所述第一气道管路相连通，以及与所述切向动力源、气流式法向动力源、所述负压装置进行数据通信的上位机；相应地，在待测基底上制备目标冰层的步骤具体包括：具体包括步骤：
9.根据权利要求8所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，获取所述目标冰层与所述待测基底界面的单轴拉伸粘附强度的步骤，具体包括：
10.根据权利要求9所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，所述界面拉伸粘附强度的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，在剪切-拉伸耦合状态下通过实验获取n个第二待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值的步骤，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，通过实验分别获取n个第一待测数据点的横坐标取值和纵坐标取值的步骤，具体包括步骤：
4.根据权利要求2所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，根据所述单轴拉伸粘附强度和所述分布密度函数计算得到每个所述第二待测数据点的横坐标取值的步骤，具体包括：
5.根据权利要4所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，所述对称轴位于τ-σ坐标系中所述单轴拉伸粘附强度横坐标的中点处，且与τ-σ坐标系中横轴垂直。
6.根据权利要求4所述的一种材料表面覆冰粘附强度包线的测量实验设计方法，其特征在于，针对每个所述第二待测数据点，通过实验获取在所述横坐标取值对应的拉伸载荷基础上耦合切向载荷状态下的切向拉力峰值均值的步骤，具...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永杰，倪章松，王梓旭，薛明，潘捷，吴定聪，吕璇，于馨凝，
申请(专利权)人：成都流体动力创新中心，
类型：发明
国别省市：
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