一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置及检测方法与流程

本发明涉及自然环境腐蚀室内模拟装置，特别涉及一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置及检测方法。

背景技术：

1、由于船舶在极地等结冰海域航行中，船体及涂层会受到冰层的撞击及磨损，从而导致船体涂层更容易产生开裂、锈蚀及脱落，因此冰区浮冰环境下涂层的损伤失效行为是人们非常关心的问题。鉴于涂层冰区环境中的性能变化很难通过实船进行考核验证，因此建立一种模拟浮冰冲击磨损环境的实验室加速试验装置尤为重要。

2、现有技术中对于海水-浮冰共同作用的复杂环境的工况模拟，是在具有冻冰能力的大型冰池中采用船模开展，主要用于船舶冰区航行中阻力试验测试。cn106394806a公开了一种基于冰水池试验的冰区船破冰阻力预报方法，该方法是基于大型冰池开展的冰区船在破冰过程中的破冰阻力试验预报，该方法需要大型冰池作为实验场所。目前我国仅有天津大学、上海海事大学、中船702所等具备大型冰池，试验过程中需要大量制冰，且实验周期长、费用高，因此基于冰池的模拟冰区浮冰环境的试验方法不适用于需要开展大量试验、快速评价试验结果的涂层材料的实验室性能评价。cn220438068u公开了一种冰水冲击试验箱，通过冰水冲击喷洒组件对测试样件进行冰水冲击，该装置浮冰含量较低且不具备冰层磨损作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置及检测方法，以解决现有技术进行测试时需要依赖大型冰池，或者无法很好的模拟浮冰冲击磨损行为的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一方面，本发明提出一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，所述试验装置包括冰水试验箱、测试样板固定架和旋转动力部，所述冰水试验箱用于放置水和冰块的混合物，所述测试样板固定架用于安装测试样板，所述测试样板能够伸入到冰水试验箱中，所述旋转动力部和所述测试样板固定架连接，用于驱动测试样板转动。测试样板伸入到冰水试验箱中，并在旋转动力部的驱动作用下在冰水混合物中进行搅动，利用浮冰和测试样板的相对运动，浮冰和水不断冲击和磨损测试样板，以模拟船舶在浮冰环境下的航行情况，建立一种实验室用模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，为研究冰区浮冰对船体表面及涂层等材料的损伤提供可靠装置，减少实船验证的依赖性，并有效缩短试验周期，降低人力、物力的投入。

4、进一步的，所述测试样板固定架包括多角度设置的测试样板，所述测试样板的安装角度为0～90°。所述测试样板具有不同的安装倾斜角度，可根据角度情况模拟磨损和/或冲击作用。

5、进一步的，所述测试样板固定架包括呈多面体的安装部和开设于安装部上的安装槽，所述安装槽和测试样板连接，所述安装槽具有不同的倾斜角度。利用安装槽不仅可以起到安装测试样板的作用，而且利用其自身的倾斜角度可以使测试样板具有不同的安装角度。多面体结构的安装部能增加安装槽的数量，从而在测试样板固定架分布多个测试样板，以充分模拟不同冰区浮冰环境。

6、进一步的，所述测试装置包括阻力传感器，所述阻力传感器和测试样板连接。阻力传感器用于感知和获取旋转过程中浮冰层作用于测试样板上的扭力，并结合测试样板旋转过程中的扭矩，最终转化为旋转阻力，根据旋转阻力的变化情况监测冰水试验箱内浮冰的含量变化。

7、进一步的，所述冰水试验箱设置控制器，所述控制器用于控制冰水试验箱内的温度保持在-5±0.5℃。将温度保持在-5±0.5℃的目的是维持低温环境，防止冰块融化为水，确保冰水试验箱内始终具有冰水混合物，以更好的贴合浮冰环境。

8、进一步的，所述测试样板固定架包括伸缩轴和第一支架，所述伸缩轴的一端和旋转动力部连接，另一端和测试样板连接。伸缩轴能够在上下方向上伸缩，从而调整测试样板伸入浮冰层的深度。

9、进一步的，所述支架包括支撑板和设置于支撑板下方的立柱，所述立柱竖直设置于冰水试验箱的上表面，所述伸缩轴和支撑板连接，且旋转动力部和阻力传感器设置于支撑板的上方。

10、进一步的，所述冰块具有不同的形状。通过和其他参数的配合，可实现对船舶在冰区航行中冰层对船体及涂层冲击磨损损伤行为的模拟。

11、另一方面，本发明还提出一种检测方法，采用上述的浮冰冲击磨损行为的试验装置，用于在实验室条件下检测浮冰环境冰层对船体及涂层的损伤情况，所述检测方法包括如下步骤：

12、步骤一：升高测试样板固定架，将测试样板安装于测试样板固定架的安装槽内，降低测试样板固定架，使测试样板完全没入冰水试验箱的冰水混合物中；

13、步骤二：设置旋转动力部的转速、旋转时间、冰水试验箱内的温度、浮冰体积含量、浮冰形状；

14、步骤三、阻力传感器获取初始时刻旋转阻力f0；

15、步骤四、阻力传感器实时获取当前时刻旋转阻力ft，判断是否f0-ft≥a，若否，则执行步骤六；

16、步骤五、若是，在冰水试验箱内增补冰块含量，并返回步骤四；

17、步骤六、判断旋转动力部的旋转时间是否达到预设旋转时间，若是，则测试装置停止工作，若否，则返回步骤四。

18、相对于现有技术，本发明所述的一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置及检测方法具有以下优势：

19、(1)利用浮冰和测试样板的相对运动，浮冰和水不断冲击和磨损测试样板，以模拟船舶在浮冰环境下的航行情况，建立一种实验室用模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，为研究冰区浮冰对船体表面及涂层等材料的损伤提供可靠装置，减少实船验证的依赖性，并有效缩短试验周期，降低人力、物力的投入。

20、(2)通过测试样板安装角度、浮冰含量、旋转动力部的旋转转速、浮冰形状等试验参数的调整及组合，可实现对船舶在冰区航行中冰层对船体及涂层冲击磨损损伤行为的精准模拟。

21、(3)本发明具有实验室场景模拟、参数可控、数据采集、安全可靠、易检测等特点，且检测快速高效、评价准确，对理论研究具有指导意义，同时有助于开发新型冰区耐磨涂层材料，从而提高涂层材料对冰区航行船舶的腐蚀防护性能和期效。

技术特征：

1.一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括冰水试验箱(1)、测试样板固定架(2)和旋转动力部(3)，所述冰水试验箱(1)用于放置水和冰块的混合物，所述测试样板固定架(2)用于安装测试样板(4)，所述测试样板(4)能够伸入到冰水试验箱(1)中，所述旋转动力部(3)和所述测试样板固定架(2)连接，用于驱动测试样板(4)转动。

2.根据权利要求1所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述测试样板固定架(2)包括多角度设置的测试样板(4)，所述测试样板(4)的安装角度为0～90°。

3.根据权利要求1所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述测试样板固定架(2)包括呈多面体的安装部和开设于安装部上的安装槽(11)，所述安装槽(11)和测试样板(4)连接，所述安装槽(11)具有不同的倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述测试装置包括阻力传感器(5)，所述阻力传感器(5)和测试样板(4)连接。

5.根据权利要求1所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述冰水试验箱(1)设置控制器，所述控制器用于控制冰水试验箱(1)内的温度保持在-5±0.5℃。

6.根据权利要求1所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述测试样板固定架(2)包括伸缩轴(6)和第一支架(7)，所述伸缩轴(6)的一端和旋转动力部(3)连接，另一端和测试样板(4)连接。

7.根据权利要求6所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述支架(7)包括支撑板(8)和设置于支撑板(8)下方的立柱(9)，所述立柱(9)竖直设置于冰水试验箱(1)的上表面，所述伸缩轴(6)和支撑板(8)连接，且旋转动力部(3)和阻力传感器(5)设置于支撑板(8)的上方。

8.根据权利要求1所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，其特征在于，所述冰块具有不同的形状。

9.一种检测方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，用于在实验室条件下检测浮冰环境冰层对船体及涂层的损伤情况，所述检测方法包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置及检测方法，所述试验装置包括冰水试验箱、测试样板固定架和旋转动力部，所述冰水试验箱用于放置水和冰块的混合物，所述测试样板固定架用于安装测试样板，所述测试样板能够伸入到冰水试验箱中，所述旋转动力部和所述测试样板固定架连接，用于驱动测试样板转动。测试样板伸入到冰水试验箱中，并在旋转动力部的驱动作用下在冰水混合物中进行搅动，利用浮冰和测试样板的相对运动，浮冰和水不断冲击和磨损测试样板，以模拟船舶在浮冰环境下的航行情况，建立一种实验室用模拟浮冰冲击磨损行为的试验装置，为研究冰区浮冰对船体表面及涂层等材料的损伤提供可靠装置，减少实船验证的依赖性，并有效缩短试验周期，降低人力、物力的投入。

技术研发人员：亓海霞,张心悦,陈凯锋
受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）
技术研发日：
技术公布日：2025/2/24