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淺談國際模擬環(huán)境試驗設備發(fā)展趨勢

日期：2025-02-05 17:55
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摘要： 環(huán)境試驗設備經(jīng)歷了由單一環(huán)境因素模擬向多環(huán)境因素模擬，從靜態(tài)模擬到動態(tài)模擬，由簡單控制到微機全自動控制的發(fā)展過程。目前的發(fā)展方向是“更快、更好、更省”，并呈現(xiàn)以下特點。 （1）試件尺寸：從小尺寸向大尺寸、全尺寸方向發(fā)展，試樣從材料向構(gòu)件、整機發(fā)展； （2）提高環(huán)境因素模擬精度：如目前模擬太陽輻射的光源主要是氙燈，盡管氙燈的光譜與太陽光譜接近，但光譜上某些點段相差較大。實踐表明這些差別對有些材料樣品的試驗結(jié)果有影響，國外一些廠家在積極尋找新的光源。另外對氙燈光強的控制正在由點段控制向...

環(huán)境試驗設備經(jīng)歷了由單一環(huán)境因素模擬向多環(huán)境因素模擬，從靜態(tài)模擬到動態(tài)模擬，由簡單控制到微機全自動控制的發(fā)展過程。目前的發(fā)展方向是“更快、更好、更省”，并呈現(xiàn)以下特點。

（1）試件尺寸：從小尺寸向大尺寸、全尺寸方向發(fā)展，試樣從材料向構(gòu)件、整機發(fā)展；

（2）提高環(huán)境因素模擬精度：如目前模擬太陽輻射的光源主要是氙燈，盡管氙燈的光譜與太陽光譜接近，但光譜上某些點段相差較大。實踐表明這些差別對有些材料樣品的試驗結(jié)果有影響，國外一些廠家在積極尋找新的光源。另外對氙燈光強的控制正在由點段控制向全光譜段控制方向發(fā)展。

（3）自然環(huán)境試驗從典型環(huán)境向嚴酷與極端環(huán)境發(fā)展，向自然環(huán)境加速試驗發(fā)展，向?qū)嶒炇夷M自然環(huán)境加速試驗發(fā)展，并開始應用計算機數(shù)字仿真技術(shù)。

（4）采用新的控制技術(shù)：大量采用計算機領域內(nèi)的新技術(shù)，如顯示觸摸屏技術(shù)、PLC技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等。試驗過程的檢監(jiān)測技術(shù)已向現(xiàn)場連續(xù)觀察與檢測方向發(fā)展，并對觀察與檢測結(jié)果實現(xiàn)遠程傳輸。

（5）更接近于實際環(huán)境的綜合箱：如振動試驗箱已經(jīng)發(fā)展成為三綜合（溫度、濕度、振動）、四綜合（溫度、濕度、低氣壓、振動）試驗箱，并且出現(xiàn)了多維振動試驗箱；腐蝕試驗箱由單一腐蝕試驗向循環(huán)腐蝕試驗（腐蝕－濕熱－干燥－腐蝕）箱方向發(fā)展。

（6）大型綜合專用設備：為適應各行各業(yè)的需要，研發(fā)制作大型綜合專用的環(huán)境試驗設施，如美國陸軍阿伯丁靶場的兵器環(huán)境試驗設備能讓車輛在行駛道路條件下，模擬低溫、高溫、濕熱、低氣壓等多參數(shù)組合環(huán)境。該設備有1000m3、145m3和45m3三個環(huán)境試驗室，采用一套空氣制冷系統(tǒng)和各自獨立的電加熱設備。在大型環(huán)模設備中**成功采用了空氣制冷。該設備*大試驗室空間尺寸為16m×8m×8m（長×寬×高），溫度范圍為常溫~50℃，相對濕度可到85×(1±0.05)%RH（≤40℃），模擬的*大太陽輻射強度為1kW/m2，模擬的*大風速為35m/s。

（7）重視各種試驗數(shù)據(jù)的管理和應用：發(fā)達國家以數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)手冊、標準規(guī)范等集成性成果作為其共享與保護的手段，同時為研究、設計和技術(shù)改進提供了科學依據(jù)，避免了設計的盲目性。美軍在自然環(huán)境試驗中，經(jīng)過長期系統(tǒng)的環(huán)境試驗數(shù)據(jù)積累，出版了腐蝕手冊，開發(fā)了新的耐候材料和產(chǎn)品，并制定了大量的材料生產(chǎn)、產(chǎn)品設計、工程設計等一系列標準和規(guī)范。美國制定的各類環(huán)境試驗方法標準，為世界各國普遍采用，其中不少已成為國際標準。如美國有名的《尤利格腐蝕手冊》、《**材料與構(gòu)件環(huán)境適應性數(shù)據(jù)匯編》等集成性成果已在全世界推廣應用，形成了一種獨立的知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)了材料與產(chǎn)品環(huán)境試驗數(shù)據(jù)面向全社會的共享與服務。日本也十分重視自然環(huán)境適應性數(shù)據(jù)共享與保護。他們大約有40個大氣環(huán)境試驗站，并形成網(wǎng)絡體系，通過對原始數(shù)據(jù)的分析處理，建立共享服務數(shù)據(jù)庫，面向社會為國家重點工程、項目研究、材料生產(chǎn)與應用部門提供數(shù)據(jù)服務。英國共有各類大氣暴露場40個左右，僅鋼鐵研究協(xié)會就有8個，其中*大的是卡林頓暴露場。對于各試驗站產(chǎn)生的環(huán)境試驗數(shù)據(jù)，他們通過環(huán)境數(shù)據(jù)采集自動化、測試數(shù)據(jù)數(shù)字化和數(shù)據(jù)匯交格式標準化，建立完善的國家試驗站網(wǎng)計算機網(wǎng)絡。以關(guān)鍵材料、通用零部件、核心元器件等基礎產(chǎn)品為對象，系統(tǒng)積累它們在各類環(huán)境中的環(huán)境因素及環(huán)境適應性數(shù)據(jù)，研究其與這些環(huán)境相互作用、性能演變及失效機理。為環(huán)境嚴酷度評估、裝備產(chǎn)品環(huán)境適應性評價、實驗室加速試驗方法研究、環(huán)境試驗標準制定、數(shù)據(jù)共享等提供技術(shù)支撐和服務。如英國**化學會數(shù)據(jù)庫（RCS）等，都通過大型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的有償使用，有力促進了數(shù)據(jù)資源的推廣與應用。



1.1. 氣候試驗設備發(fā)展趨勢

1.1.1. 提高加速性和相關(guān)性

加速性和相關(guān)性本身是相互矛盾的，提高加速性一般會犧牲相關(guān)性。從試驗技術(shù)的角度來看，提高加速性并不難，難就難在同時提高加速性和相關(guān)性。不管從客戶要求或技術(shù)發(fā)展方面看，提高加速性和相關(guān)性是氣候環(huán)境試驗技術(shù)的重要發(fā)展方向。

1.1.2. 開發(fā)多因素綜合試驗

由于材料在自然環(huán)境中受到多種復雜因素的綜合作用，因而要更真實地再現(xiàn)材料在自然環(huán)境中的腐蝕和老化，必須盡可能綜合考慮多種自然環(huán)境因素。近幾年，模擬海洋性氣候環(huán)境的加速試驗方法向多因素試驗方向發(fā)展。多因素模擬加速試驗方法分為多因素組合循環(huán)模擬加速試驗方法和多因素模擬加速試驗方法。多因素模擬加速試驗方法由于考慮兩個或兩個以上主要環(huán)境因素的同時作用，能更真實地模擬多種環(huán)境因素的協(xié)同效應。

1.1.3. 開發(fā)環(huán)境適應性仿真

1992年7月，美國國防部研究與工程署在《美國國防部核心技術(shù)計劃》中，將“環(huán)境影響”列為112項核心技術(shù)之一，2005年的技術(shù)目標是對大氣、海洋、地球和空間環(huán)境在自然和人工平臺（如飛機、導彈、艦船等）兩方面的影響進行研究、建模和仿真。在建模和仿真的研究方面，美國陸軍在阿伯丁試驗場、紅石試驗中心、達格威試驗場和尤馬試驗場，開展自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境對裝備及其材料性能影響的虛擬試驗場研究。在環(huán)境適應性規(guī)律分析和建立數(shù)學模型方面，我國學者創(chuàng)造了灰色理論，并在環(huán)境影響規(guī)律方面得到成功的應用；神經(jīng)網(wǎng)絡仿真模型理論被成功地應用于環(huán)境行為規(guī)律的建模和仿真。在積累大量可靠基礎數(shù)據(jù)的基礎上，實現(xiàn)對裝備環(huán)境適應性進行仿真是裝備環(huán)境工程的發(fā)展方向和目標。