[发明专利]一种水下声学材料服役寿命预测方法

说明书

本发明涉及一种水下声学材料服役寿命预测方法，包括声学材料在海水介质浸泡作用下的试验室模拟加速试验、不同模拟加速老化试验周期取样的性能测试、数据处理方法以及数学模型建立，通过这一方法能够获得水下声学材料在服役期间任意时间的性能参数，并对其服役寿命进行准确预测；为在海洋环境中应用的非金属声学材料提供快速准确的维修、更换周期以及优化设计的依据，便于对声学材料的性能进行全寿期管理。

技术领域

本发明属于材料性能评价与预测技术领域，具体涉及一种水下声学材料服役寿命的预测方法。

背景技术

水下声学材料，也称为水声材料，是由粘弹性高分子材料作为基体材料、具有一定声腔结构的功能性材料。高分子基体材料是水声材料的重要组成部分，依靠高分子链段运动产生的内摩擦而将声能转变成热能。在服役过程中，经受热氧、海水介质等多种海洋环境老化因素的共同作用，力学、声学等性能发生较大的衰减，不仅影响材料减振降噪功能的发挥，从而降低武器装备的声隐身性能，甚至对装备的安全性造成一定的隐患。因此，掌握水下声学材料的性能变化规律，能够准确预测其服役寿命具有重要意义。

针对粘弹性高分子材料的老化研究国内外均开展了大量的相关工作，根据材料的使用环境，开展了自然环境曝露试验以及试验室模拟加速试验，以力学性能和老化时间为变量，进行老化性能规律的研究和服役寿命的预测。其中，针对热氧老化因素，已经有相应的国家标准进行橡胶材料使用寿命的预测。如GB/T20028-2005《硫化橡胶或热塑性橡胶应用阿累尼乌斯图推算寿命和最高使用温度》；针对服役过程中的其他因素，如振动疲劳等，专利CN201010298637.5，一种预测粘弹性材料振动疲劳性能的方法，提供了一种粘弹性材料的振动疲劳试验方法和性能参数处理分析方法，该方法主要以空气中的振动疲劳为主要老化因素，确定振动疲劳试验样品的受力方式(拉伸、剪切或压缩等)、温度、振动变形幅值等，然后进行振动疲劳试验，每一固定循环疲劳周期过后，获取材料的动态力学性能参数，并对材料的动态力学性能参数进行分析，预测材料在振动疲劳状态下的长期性能，但该方法并未涉及海水介质这一重要的老化因素。

目前，针对在海洋环境中服役的非金属材料，特别是在海水介质中使用的舰船水声材料，其老化性能规律尚未掌握，服役寿命的预测缺乏相应的方法，难以对水声材料的服役寿命进行准确预测，无法为材料使用单位和设计单位提供科学的材料维修、更换时间，从而不利于材料全寿期管理。

现有报道的文献中有较少一部分涉及海水介质作用下非金属材料的性能老化研究，这些文献多数集中在研究不同非金属材料如丁腈橡胶、聚氨酯、聚碳酸酯等在海水介质作用下的老化机理和硬度、物理机械强度等性能随老化时间的变化方面，基本没有涉及到对非金属材料使用寿命预测方法的研究，此外，针对不同的非金属材料，其分子结构差异导致老化机理有所不同，老化现象复杂多变，难以获得具有普适性的老化规律研究方法以及服役寿命预测方法。目前尚缺乏对水声材料使用寿命预测的相关研究。

发明内容

针对现有技术的缺陷，为了掌握水下声学材料老化性能的变化规律并能够准确预测声学材料的服役寿命，本发明提供了一种水下声学材料服役寿命预测方法，根据本发明的方法，可以快速掌握水下声学材料的性能随老化时间的变化规律，并根据材料的失效判据对材料的服役寿命进行预测。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水下声学材料服役寿命预测方法，首先确定水下声学材料的失效判据；然后至少在三个高于服役温度的温度下进行试验室海水加速模拟试验，并设计不同的取样周期，根据所设计的试验方案进行试样的制备，并进行试验室海水模拟加速试验；根据设计的取样周期进行取样和性能测试，获得在不同加速老化试验周期下材料的老化性能数据；对在试验温度下获得的老化数据进行分析和处理，外推获得服役温度下材料性能随老化时间的变化曲线；根据失效判据获得水下声学材料的服役寿命。

进一步地，以水下声学材料的力学性能或声学性能下降到初始试样性能的50％作为材料失效的判据。