淺談“國際模擬環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備發(fā)展趨勢”

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)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(jī)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(diǎn)

（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(jī)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(diǎn)段相差較大。實(shí)踐表明這些差別對有些材料樣品的試驗(yàn)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(qiáng)的控制正在由點(diǎn)段控制向全光譜段控制方向發(fā)展。

（3）自然環(huán)境試驗(yàn)從典型環(huán)境向嚴(yán)酷與極端環(huán)境發(fā)展，向自然環(huán)境加速試驗(yàn)發(fā)展，向?qū)嶒?yàn)室模擬自然環(huán)境加速試驗(yàn)發(fā)展，并開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)。

（4）采用新的控制技術(shù)：大量采用計(jì)算機(jī)領(lǐng)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(yàn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。

（5）更接近于實(shí)際環(huán)境的綜合箱：如振動試驗(yàn)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(yàn)箱，并且出現(xiàn)了多維振動試驗(yàn)箱；腐蝕試驗(yàn)箱由單一腐蝕試驗(yàn)向循環(huán)腐蝕試驗(yàn)（腐蝕－濕熱－干燥－腐蝕）箱方向發(fā)展。

（6）大型綜合專用設(shè)備：為適應(yīng)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(yàn)設(shè)施，如美國陸軍阿伯丁靶場的兵器環(huán)境試驗(yàn)設(shè)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(shè)備有1000m3、145m3和45m3三個(gè)環(huán)境試驗(yàn)室，采用一套空氣制冷系統(tǒng)和各自獨(dú)立的電加熱設(shè)備。在大型環(huán)模設(shè)備中首次成功采用了空氣制冷。該設(shè)備最大試驗(yàn)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℃），模擬的最大太陽輻射強(qiáng)度為1kW/m2，模擬的最大風(fēng)速為35m/s。

（7）重視各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用：發(fā)達(dá)國家以數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)手冊、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等集成性成果作為其共享與保護(hù)的手段，同時(shí)為研究、設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù)，避免了設(shè)計(jì)的盲目性。美軍在自然環(huán)境試驗(yàn)中，經(jīng)過長期系統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)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(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。美國制定的各類環(huán)境試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，為世界各國普遍采用，其中不少已成為國際標(biāo)準(zhǔn)。如美國著名的《尤利格腐蝕手冊》、《軍工材料與構(gòu)件環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)匯編》等集成性成果已在全世界推廣應(yīng)用，形成了一種獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)了材料與產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)面向全社會的共享與服務(wù)。日本也十分重視自然環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)共享與保護(hù)。他們大約有40個(gè)大氣環(huán)境試驗(yàn)站，并形成網(wǎng)絡(luò)體系，通過對原始數(shù)據(jù)的分析處理，建立共享服務(wù)數(shù)據(jù)庫，面向社會為國家重點(diǎn)工程、項(xiàng)目研究、材料生產(chǎn)與應(yīng)用部門提供數(shù)據(jù)服務(wù)。英國共有各類大氣暴露場40個(gè)左右，僅鋼鐵研究協(xié)會就有8個(gè)，其中最大的是卡林頓暴露場。對于各試驗(yàn)站產(chǎn)生的環(huán)境試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)化，建立完善的國家試驗(yàn)站網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以關(guān)鍵材料、通用零部件、核心元器件等基礎(chǔ)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(yīng)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(jī)理。為環(huán)境嚴(yán)酷度評估、裝備產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性評價(jià)、實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法研究、環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制定、數(shù)據(jù)共享等提供技術(shù)支撐和服務(wù)。如英國皇家化學(xué)會數(shù)據(jù)庫（RCS）等，都通過大型數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的有償使用，有力促進(jìn)了數(shù)據(jù)資源的推廣與應(yīng)用。

1.1. 氣候試驗(yàn)設(shè)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(yàn)技術(shù)的角度來看，提高加速性并不難，難就難在同時(shí)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(yàn)技術(shù)的重要發(fā)展方向。

1.1.2. 開發(fā)多因素綜合試驗(yàn)

由于材料在自然環(huán)境中受到多種復(fù)雜因素的綜合作用，因而要更真實(shí)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(yàn)方法向多因素試驗(yàn)方向發(fā)展。多因素模擬加速試驗(yàn)方法分為多因素組合循環(huán)模擬加速試驗(yàn)方法和多因素模擬加速試驗(yàn)方法。多因素模擬加速試驗(yàn)方法由于考慮兩個(gè)或兩個(gè)以上主要環(huán)境因素的同時(shí)作用，能更真實(shí)地模擬多種環(huán)境因素的協(xié)同效應(yīng)。

1.1.3. 開發(fā)環(huán)境適應(yīng)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(jì)劃》中，將“環(huán)境影響”列為112項(xiàng)核心技術(shù)之一，2005年的技術(shù)目標(biāo)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(jī)、導(dǎo)彈、艦船等）兩方面的影響進(jìn)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(yàn)場、紅石試驗(yàn)中心、達(dá)格威試驗(yàn)場和尤馬試驗(yàn)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(yàn)場研究。在環(huán)境適應(yīng)性規(guī)律分析和建立數(shù)學(xué)模型方面，我國學(xué)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(yīng)用；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真模型理論被成功地應(yīng)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(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對裝備環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行仿真是裝備環(huán)境工程的發(fā)展方向和目標(biāo)。