考虑界面应力的高精度冰粘附力测量平台设计

机翼和发动机上的积冰会对飞行安全带来严重威胁。准确测量冰‑基底界面的粘附强度对防/除冰系统的设计起着至关重要的作用。本文研究通过有限元分析(Finite element analysis,FEA)对冰‑基底界面的应力进行评估,以指导实验装置的设计,从而提高剪切粘附强度的测量精度。通过考虑剥离应力、最大冯‑诺斯应力和应力均匀性等因素,对冰的高度和半径以及加载高度进行了评估。根据仿真结果,为实验验证选择了适当的参数。仿真结果显示,通过降低加载高度和增加冰的高度,剥离应力有所下降。较高的冰层、增加加载高度和较小的冰层半径有利于提高应力均匀性。同时,为了避免裂纹产生或者冰层破碎,冰样必须满足小半径和大高度的条件。最终实验中采用的参数为冰高25 mm,半径20 mm,加载高度9 mm。有限元分析和实验验证的结果均表明,本研究能显著提高剪切粘附强度的测量精度。