列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法技术

本发明专利技术适用于环境试验领域，提供了一种列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，包括：确定气象地理区划；确定列车站点；计算站点月平均地面太阳辐射；确定站点环境变量影响距离；确定气象地理区划内列车运行区间长度；计算不同区划内列车运行区间月平均地面太阳辐射；计算列车总运行区间的月平均地面太阳辐射、年平均地面太阳辐射和地面太阳紫外辐射；根据实验室紫外光老化试验条件计算加速因子。本发明专利技术提供的方法解决了列车这种跨越大范围区域的设备表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算问题，简单实用，可推广至飞机、轮船、汽车等需要跨越大范围区域的设备表面防护涂层以及金属等其他材料的紫外光暴露试验评价。

Method for calculating accelerated factor of ultraviolet light aging test of protective coating on train surface

The invention is applicable to the field of environmental testing, provides a surface protective coating UV aging test train acceleration calculation methods, factors including: determining the meteorological and geographical division; to determine the train station; calculate the site monthly average solar radiation; determining the site environment variables affect the distance; determine the train interval length of Meteorological calculation of different geographical area; within the train interval of monthly average solar radiation; monthly average solar radiation, calculation of train running area of the average annual total solar radiation and solar ultraviolet radiation; according to the laboratory test conditions to calculate the acceleration factor of ultraviolet aging. The present invention solves the surface coating of UV protective equipment of this train across a wide range of areas of accelerated aging test calculation of the factor is simple and practical, can be applied to aircraft, ships, cars and other needs across a wide range of areas of UV protective equipment surface coating to metal and other materials such as exposure test evaluation.

【技术实现步骤摘要】
列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法
本专利技术属于环境试验
，涉及一种涂层光老化试验加速因子的计算方法，尤其涉及一种针对列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法。
技术介绍
目前，利用有机涂层防腐是应用普遍的防腐技术。在大气环境中，有机涂层受环境因素影响发生老化，是引起涂层失效的主要因素之一，可造成大量资源消耗和严重的经济损失，甚至酿成恶性事故，给设备和生命财产安全带来威胁。用于涂层评价的气候环境试验包括自然环境试验和实验室模拟加速环境试验。自然环境试验相对可靠，但是试验周期长、耗资大、可控性差，难以满足产品研制、试验和快速评价需求。实验室模拟加速试验具有试验周期短、重现性好的优点，能对涂层体系进行快速有效的评价，是目前广泛应用的气候环境试验技术。阳光是有机涂层加速试验设计中必须考虑的环境变量。到达地面的太阳光所含紫外线能量一般介于314kJ/mol～419kJ/mol，而大部分聚合物的化学键离解能一般为200kJ/mol～500kJ/mol。可见，紫外线具有破坏有机涂层化学键的能量，可引发涂层的自动氧化反应从而造成老化分解。因此，对涂层的光老化研究主要集中在紫外光老化研究。一般情况下，将自然环境下紫外辐射总量与光老化加速试验箱光辐射能量进行对比，即可得到实验室加速试验的加速因子。叶美琪等(2008)根据厦门海域大气海洋环境条件，通过研究实验室紫外辐射灯模拟的紫外辐射当量与实际太阳紫外辐射的关系，建立了厦门地区实验室加速试验的倍率模型。苏艳等(2008)在江津地区湿热环境下开展跟踪太阳反射聚能自然加速试验与朝南45°角自然暴露试验，计算了高日辐射季节的加速因子。王艳艳等(2010)采用金属卤素灯对聚苯乙烯进行实验室光源暴露试验，研究了相对于敦煌环境试验站户外自然暴露试验的加速因子。闫杰等(2011)在拉萨试验站研究了涂层太阳跟踪反射聚光户外加速试验相对于自然暴露试验的加速因子。以上研究的不足之处在于：一是加速因子的研究仅是针对某一特定地区，面对列车这种具有大范围运行区间设备涂层的环境试验存在局限；二是叶美琪等(2008)自然环境下太阳辐射数据来源于经验公式，相对于观测数据准确性不足；三是苏艳(2008)、王艳艳等(2010)和闫杰等(2011)加速因子来自于与自然环境试验或自然环境加速试验的对比，工程上实施难度大、周期长、花费高。因此，有必要提供一种新的涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，解决列车这种跨越大范围区域的设备表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，旨在解决列车这种跨越大范围区域的设备表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，包括如下步骤：(1)确定列车运行区间的气象地理区划，包括一级气象地理区划(以下简称一级区划)和二级气象地理区划(以下简称二级区划)；(2)确定参与计算的列车站点；(3)计算站点月平均地面太阳辐射环境谱；(4)确定列车站点环境变量在所处二级区划内的影响距离，具体为：其中：Xm表示列车站点环境变量在所处二级区划内的影响距离；n表示沿列车运行方向自始发站开始经过的站点序号，1为始发站，N为终点站；Sm，m+1表示m站和m+1站之间距离，同理Sm-1，m表示m-1站和m站之间距离：Am表示位于m-1站和m站之间的二级区划边界与m站的距离；Bm表示位于m+1站和m站之间的二级区划边界与m站的距离；(5)确定一级区划和二级区划内列车运行区间的长度；(6)计算二级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射环境谱，具体为：其中：U为二级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射；Wm为m站的地面太阳辐射：m在此二级区划内的取值范围为P≤m≤Q，P≥1，Q≤N；(7)计算一级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射环境谱，具体为：其中：E为一级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射；H表示在此一级区划内的二级区划数量；Ui为在此一级区划内第i个二级区划的地面太阳辐射；Yi表示在第i个二级区划内列车运行区间的长度；(8)计算列车总运行区间的月平均地面太阳辐射环境谱，具体为：其中：R为列车总运行区间的月平均地面太阳辐射；G表示在列车运行区间内一级区划数量；Ej为第j个一级区划内列车运行区间的地面太阳辐射；Zj表示第j个一级区划内列车运行区间的长度；(9)计算列车总运行区间的年平均地面太阳辐射和地面太阳紫外辐射，具体为：UVmean＝Rmean×η(6)其中：Rmean为列车总运行区间的年平均地面太阳辐射；Rk表示k月列车总运行区间的地面太阳辐射；UVmean为列车总运行区间的年平均地面太阳紫外辐射；η为紫外辐射占太阳总辐射比例；(10)根据实验室紫外光老化试验条件计算加速因子，具体公式为：F＝t1/t2(7)其中：F为加速因子；t1为涂层自然环境试验时间；t2为涂层在实验室条件下达到与自然环境试验接受相同剂量太阳紫外辐射所需时间。优选地，所述气象地理区划的依据为《中国气象地理区划手册》(气象出版社，2006)。优选地，所述参与计算的列车站点选取原则为站点地面太阳辐射数据资料的连续性。优选地，步骤(3)、(6)-(9)所述地面太阳辐射单位为kWh/m2/day。优选地，所述长度和距离单位为km。优选地，所述η为7％。优选地，所述t1取1年(365天)。本专利技术提供的列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，具有以下有益效果：(1)简单实用，可对列车表面防护涂层实验室紫外光老化试验的加速性进行快速评价；(2)可推广至飞机、轮船、汽车等需要跨越大范围区域的设备表面防护涂层以及金属等其他材料的紫外光暴露试验评价。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术实施例提供的兰新高铁站点月平均地面太阳辐射(单位：kWh/m2/day)；图2为本专利技术实施例提供的兰新高铁二级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射(单位：kWh/m2/day)；图3为本专利技术实施例提供的兰新高铁总运行区间和一个一级区划的月平均地面太阳辐射(单位：kWh/m2/day)。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详细说明。第一步，确定列车运行区间的气象地理区划。根据《中华人民共和国国家标准一中国气象地理区划》，兰新高速铁路全线均位于一级区划西北地区以内，并且大致以酒泉为界，以西部分位于西北地区西部二级区划以内，以东部分位于西北地区中部二级区划以内。第二步，确定参与计算的列车站点。基于美国国家航空航天局(NASA)1983年7月至2005年6月共22年月平均地面太阳辐射资料，根据资料的连续性，选择兰州、西宁、门源、张掖、高台、酒泉、哈密、吐鲁番和乌鲁木齐9个站点地面太阳辐射资料进行计算。根据第一步确定的气象地理区划，兰州、西宁、门源、张掖和高台5站位于西北地区中部二级区划以内，哈密、吐鲁番和乌鲁木齐3站位于西北地区西部二级区划以内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定列车运行区间的气象地理区划，包括一级气象地理区划(以下简称一级区划)和二级气象地理区划(以下简称二级区划)；(2)确定参与计算的列车站点；(3)计算站点月平均地面太阳辐射环境谱；(4)确定列车站点环境变量在所处二级区划内的影响距离，具体为：

【技术特征摘要】
1.一种列车表面防护涂层紫外光老化试验加速因子的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定列车运行区间的气象地理区划，包括一级气象地理区划(以下简称一级区划)和二级气象地理区划(以下简称二级区划)；(2)确定参与计算的列车站点；(3)计算站点月平均地面太阳辐射环境谱；(4)确定列车站点环境变量在所处二级区划内的影响距离，具体为：其中：Xm表示列车站点环境变量在所处二级区划内的影响距离；m表示沿列车运行方向自始发站开始经过的站点序号，1为始发站，N为终点站；Sm，m+1表示m站和m+1站之间距离，同理Sm-1，m表示m-1站和m站之间距离；Am表示位于m-1站和m站之间的二级区划边界与m站的距离；Bm表示位于m+1站和m站之间的二级区划边界与m站的距离；(5)确定一级区划和二级区划内列车运行区间的长度；(6)计算二级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射环境谱，具体为：其中：M为二级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射；Wm为m站的地面太阳辐射；m在此二级区划内的取值范围为P≤m≤Q，P≥1，Q≤N；(7)计算一级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射环境谱，具体为：其中：E为一级区划内列车运行区间的月平均地面太阳辐射；H表示在此一级区划内的二级区划数量；Ui为在此一级区划内第i个二级区划的地面太阳辐射；Yi表示在第i个二级区划内列车运行区间的长度；(8)计算列车总运行区间的月平均地面太阳辐射环境谱，具体为：

【专利技术属性】
技术研发人员：宿兴涛，魏强，李鲲，陈建，许丽人，张志标，王宝明，
申请(专利权)人：北京应用气象研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11