[发明专利]EMAS用特性泡沫材料力学性能测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料性能测量及材料工程及应用专业领域，特别涉及一类用于机场跑道特性材料拦阻系统的特性泡沫材料力学性能测试方法。

背景技术

国内外的统计数据均表明，在严重危害民航飞行安全的事故征候中，飞机冲出跑道位列首位。为此，国际民航组织即将在“国际标准与建议措施”中提高跑道端安全区长度的标准，以减少因为冲出跑道造成的重大飞行安全事故。但是，因为地理或者别的环境因素的制约，很多机场难以满足新的跑道端安全区长度要求，而通过在跑道端头铺设特性材料拦阻系统（Engineered MaterialArresting System，简称EMAS），将可以在不增加安全区长度的情况下，实现与新标准等效的安全保障。

目前，国际上比较成熟的跑道拦阻产品有美国联邦航空局（FAA）与ESCO公司开发的EMAS，该产品1996年5月首次在美国肯尼迪国际机场进行了实验性铺装，效果良好，铺设后曾7次成功拦阻了冲出跑道的飞机，现已铺设了50多套。

我国民航正在研发具有自主知识产权的过程EMAS系统，并已经成功研制出了具有良好吸能特性且强度合适的泡沫材料。但要针对具体机场的地理条件和运行机型设计出满足要求且性能可靠的EMAS系统，必须首先准确掌握泡沫拦阻材料的力学性能，即受机轮碾压时，能给飞机提供多大的拦阻力。考虑到EMAS系统的工作原理是依靠泡沫材料在飞机机轮碾压过程中溃缩吸能来使飞机减速停止的，传统的材料强度概念并不适用。美国发明专利US005789681A公开了一套专门的测试方法及其装置来解决这个问题，并提出了压缩梯度强度（Compressive Gradient Strength）的概念。但是该方法测试过程中无法准确反映机轮碾压泡沫材料时轮胎与泡沫材料之间的边界条件，其测试结果在进行EMAS系统设计计算时会带来一定的误差。

发明内容

本发明的目的是克服现有特性泡沫材料力学性能测试方法的不足，减少试验方法带来的误差，为机场跑道特性材料拦阻系统（EMAS）所用的特性泡沫材料提供方便实用的力学性能测试工具和方法。利用本工具可以为特性材料拦阻系统（EMAS）仿真计算测得准确可靠的特性泡沫材料力学性能。

本发明提供的EMAS用特性泡沫材料力学性能测试方法采用侵彻压缩试验方法，利用电子万能试验机以恒定的加载速度持续向下压缩一定面积的侵彻冲头，直至到达预定的压缩深度（不小于试件厚度的70%）或规定的载荷值（不大于试验机有效量程的90%）。在整个过程中，测量施加的压缩载荷及对应的压缩位移，确定压缩载荷与变形的关系。所述的测试方法具体通过如下步骤实现：

步骤1，根据测试需要选定压缩冲头和连杆尺寸，并螺纹连接的方式安装在电子万能试验机的移动横梁上；

步骤2，根据测试需要制作立方体结构的特性泡沫材料试验件，要求试验件长、宽尺寸不小于压缩冲头直径D的6倍；

步骤3，在试验件上选择一个面作为压缩面，并在压缩面上划出压缩冲头的两次冲压位置；两次冲压位置的直径均与压缩冲头直径相同，且两个冲压位置圆相外切，切点和两个圆心均位于压缩面的一条对角线上；

步骤4，启动并检查上述的实验用电子万能试验机设备，确保试验机工作正常；

步骤5，将试验件放置试件放置平台上，调整试验件位置，保证压缩冲头侧边正好与压缩面上的第一次冲压位置A重叠；

步骤6，设定试验机的加载速度范围为1mm～1000mm/min；

步骤7，进行压缩试验，压缩冲头压入压缩面，直至压缩到指定的压缩深度；

步骤8，保存测试结果并将压缩冲头提升至试验件压缩面之上；

步骤9，目视观察试验件是否有破损情况：如果有破损发生，直接跳到步骤10；如果未发生破损现象，移动试验件，使压缩冲头侧边与压缩面上划出的第二次冲压位置B重叠，使试验件已经压缩的压痕孔洞边缘与压缩冲头侧圆面边缘相切；

并重复步骤6～步骤8，实现对实验件的第二次冲压；

要求两次压缩冲压试验的压缩冲头和压缩速度均相同；

步骤10，将试验件移走，重复下一个试验件的测量或关闭试验机结束试验。

本发明的优点在于：

（1）本发明提供的测试方法能有效避免传统标准试验件压缩方法中材料随机脱落导致的试验误差，具有更高的试验可重复度；

（2）本发明提供的测试方法可以克服现有侵彻压缩法无法反映真实压缩边界条件边条的缺陷，提供了试验的准确性；