專利名稱：一種用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，可以應(yīng)用于測 試高溫、室溫條件下連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的層間、面內(nèi)剪切強(qiáng)度。
技術(shù)背景材料的剪切性能是評定材料的最基本性能之一。現(xiàn)有的測試復(fù)合材料剪切強(qiáng)度的 實(shí)驗(yàn)方法很多，主要有短梁法；雙切口法；V形缺口法。各實(shí)驗(yàn)方法都有各自的缺 點(diǎn)，但目前應(yīng)用最為廣泛的是美國的ASTMC1425-05 (高溫)和ASTMC1292-00 (室溫) 標(biāo)準(zhǔn)，也就是雙切口 (DNS)實(shí)驗(yàn)法。文獻(xiàn)"ASTM C1292-00和ASTM C1425-05標(biāo)準(zhǔn)"中分別介紹了一種測試復(fù)合材料 剪切性能的夾具。ASTMC1292-00夾具中，其結(jié)構(gòu)特征是用縲紋將活動(dòng)夾塊和夾具連接起來，達(dá) 到加緊試樣的目的，防止試樣彎曲。此夾具的缺點(diǎn)是只適用于室溫剪切試驗(yàn)，在高 溫下縲紋連接將失效，不能起到支撐試樣的作用。ASTM C1425-05夾具中，其結(jié)構(gòu)特征是使用活塞結(jié)構(gòu)，通過在試驗(yàn)夾具和試樣 間增加一層適當(dāng)中間層材料，依靠材料在高溫下熱膨脹量的不同來確保試樣在試驗(yàn)過 程中不受彎曲效應(yīng)的影響。但要求使用的中間相材料的熱膨脹系數(shù)大于或等于試樣在 厚度方向上的熱膨脹系數(shù)。ASTM C1425-05中要求在試驗(yàn)溫度下，試樣和夾具壁的空 隙不能大于試樣厚度的1%，通過熱膨脹量的不同來調(diào)整空隙。此夾具的缺點(diǎn)是對于 測試不同的材料都要選擇各自相配的中間層材料，因此試驗(yàn)夾具的應(yīng)用范圍受到了限 制；此外由于試樣、中間層和夾具間的熱膨脹系數(shù)失配，在高溫下使試樣受到壓應(yīng)力， 從而嚴(yán)重影響了試驗(yàn)結(jié)果的正確性；ASTM C1425-05試驗(yàn)夾具長時(shí)間應(yīng)用會因磨損而降低了夾具的使用壽命。 發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 剪切性能的夾具，可以解決室溫和高溫使用不同的夾具、測試結(jié)果誤差大、夾具使用 范圍小、壽命短的問題。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)特征在于包括上壓頭1、下夾具6和鋸齒狀梯形塊7;所述的上壓頭1為兩邊帶有圓弧面的長方體、側(cè)面為T字形的結(jié)構(gòu)；長方體的兩端設(shè)有上壓頭的下.弧面9和上壓頭的上弧面10;上壓頭l的內(nèi)部設(shè)有T字形的上壓頭墊片槽8，內(nèi)置與 上壓頭厚度相等的T字形的上壓頭墊片2;所述的下夾具6為兩邊帶有圓弧面的長方體結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)側(cè)面設(shè)有熱電偶插入孔3;長方體結(jié)構(gòu)的中間為一個(gè)通孔，通孔的下端設(shè)有矩形墊片槽13,內(nèi)置一個(gè)與下夾具6厚度相等的下夾具墊片5;通孔的上端 為兩邊帶有內(nèi)圓弧面12的長方體通孔；與熱電偶插孔3相對的另一側(cè)設(shè)有緊靠鋸齒狀 梯形塊的斜面ll;所述的鋸齒狀梯形塊7的兩側(cè)面為鋸齒狀， 一面為緊靠試樣的鋸齒 直面16，另一面為緊靠下夾具的鋸齒斜面17;上壓頭1的下弧面9與下夾具6的內(nèi)圓 弧面12采用活動(dòng)配合，鋸齒狀梯形塊7插于下夾具6內(nèi)的斜面11的位置，且鋸齒斜 面17與下夾具6的斜面11相吻合。在鋸齒狀梯形塊7與下夾具6內(nèi)的斜面11上吸附一層石墨或BN粉體材料。 所述的熱電偶孔3為兩邊帶有圓弧面的長方體的通孔。 所述的鋸齒狀梯形塊7的鋸齒形狀為頂面帶有方形的梯形鋸齒。 所述的鋸齒狀梯形塊7的斜面角度15為12~20° ，鋸齒間距為0.5 1.5mm，鋸齒深度為0.5-1.0mm。 有益效果本發(fā)明的用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，采用本發(fā)明的夾具測 試時(shí)，減小了彎曲效應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果的影響，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近材料的真實(shí)剪切強(qiáng) 度；在測試不同復(fù)合材料時(shí)，不需選擇適當(dāng)?shù)闹虚g層材料，在室溫和高溫下使用同一 夾具，使夾具壽命大提高，節(jié)約了試驗(yàn)成本。


圖1:是本發(fā)明的測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料夾具的結(jié)構(gòu)圖；圖2:是本發(fā)明的上壓頭l的結(jié)構(gòu)圖；圖3:是上壓頭墊片的結(jié)構(gòu)圖；圖4:是下夾具的立體結(jié)構(gòu)圖；圖5:是下夾具側(cè)視結(jié)構(gòu)6:是下夾具的墊片的結(jié)構(gòu)圖；圖7:是鋸齒狀梯形塊的結(jié)構(gòu)圖；圖8:是鋸齒狀梯形塊的鋸齒狀結(jié)構(gòu)圖；1-上壓頭，2-上壓頭墊片，3-熱電偶插入孔，4-試樣，5-下夾具墊片，6-下夾具， 7-鋸齒狀梯形塊，8-上壓頭墊片槽，9-上壓頭的下弧面，10-上壓頭的上弧面，ll-緊靠鋸齒狀梯形塊的斜面，12-內(nèi)圓弧面，13-下夾具墊片槽，14-下夾具緊靠試樣內(nèi) 壁，15-鋸齒狀梯形塊緊靠下夾具的斜角，16-緊靠試樣的鋸齒直面，17-緊靠下夾具的 鋸齒斜面；具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述本實(shí)施例用于測試2D-(VSiC復(fù)合材料的高溫層間剪切性能，說準(zhǔn)備測試的試樣 外形尺寸為30x15x3。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)見圖l:包括上壓頭l、下夾具6和鋸齒狀梯形塊7。上壓頭1選用高溫合金材料，上壓頭1的結(jié)構(gòu)見圖2，采用兩邊帶有圓弧面的長 方體結(jié)構(gòu)，并且?guī)в蠺形槽。T形槽中置入上壓頭墊片2，采用耐磨的SiC陶瓷材料。 上壓頭墊片2見圖3，上壓頭墊片2與上壓頭厚度相等，與T形槽吻合的T形塊。下夾具6見圖4、圖5，采用兩邊帶有圓弧面的長方體結(jié)構(gòu)，選用高溫合金材料。 長方體結(jié)構(gòu)的中間為一個(gè)通孔，通孔的下端設(shè)有矩形墊片槽13，內(nèi)置一個(gè)與下夾具6 厚度相等的下夾具墊片5見圖6，選用耐磨的SiC陶瓷材料；通孔的上端為兩邊帶有 內(nèi)圓弧面12的長方體通孔；其中一個(gè)側(cè)面設(shè)有熱電偶插入孔3，另一個(gè)側(cè)面為角度為 12°的斜面ll。鋸齒狀梯形塊7的兩側(cè)面為鋸齒狀，見圖7、圖8。鋸齒狀梯形塊7的一面為緊靠 試樣的鋸齒直面16，另一面為緊靠下夾具的鋸齒斜面17;鋸齒狀梯形塊用潤滑性能好 的石墨材料，鋸齒間距為lmm，鋸齒深度為lmm。鋸齒狀梯形塊，形狀為梯形塊并 且兩邊帶有方形鋸齒。上壓頭1的下弧面9與下夾具6的內(nèi)圓弧面12采用活動(dòng)配合，鋸齒狀梯形塊7 插于下夾具6內(nèi)的斜面11的位置，且鋸齒斜面17與下夾具6的斜面11相吻合。測試時(shí)，首先將圖6下夾具的墊片放到圖4中13槽口中，試樣依靠下夾具內(nèi)壁 14放置，在圖4下夾具斜面11上吸附一層石墨或BN粉體材料，然后將鋸齒狀梯形塊 放到下夾具斜面11上，將圖3上壓頭墊片放到圖2中8槽口中，然后放到裝好試樣的 下夾具上，裝到試驗(yàn)機(jī)上，在下夾具孔3中插入熱電偶。裝到試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行試驗(yàn)。高溫時(shí)在熱電偶孔4插入熱電偶。依靠帶有鋸齒狀梯形塊的自重來加緊試樣，防止彎曲；梯形塊上的鋸齒是為了減小摩擦力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 影響；采用兩邊帶有圓弧面的長方體系統(tǒng)，保證施加單一方向的載荷，而且能很好的 保證加熱效率；在夾具側(cè)面孔中插入熱電偶可準(zhǔn)確測得試驗(yàn)溫度；在夾具和試樣接觸 處留有槽口，以便填入可更換的適當(dāng)材料，保護(hù)受力的夾具易損表面，達(dá)到延長夾具 壽命的目的。
權(quán)利要求
1.一種用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，其特征在于包括上壓頭(1)、下夾具(6)和鋸齒狀梯形塊(7)；所述的上壓頭(1)為兩邊帶有圓弧面的長方體、側(cè)面為T字形的結(jié)構(gòu)；長方體的兩端設(shè)有上壓頭的下弧面(9)和上壓頭的上弧面(10)；上壓頭(1)的內(nèi)部設(shè)有T字形的上壓頭墊片槽(8)，內(nèi)置與上壓頭厚度相等的T字形的上壓頭墊片(2)；所述的下夾具(6)為兩邊帶有圓弧面的長方體結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)側(cè)面設(shè)有熱電偶插入孔(3)；長方體結(jié)構(gòu)的中間為一個(gè)通孔，通孔的下端設(shè)有矩形墊片槽(13)，內(nèi)置一個(gè)與下夾具(6)厚度相等的下夾具墊片(5)；通孔的上端為兩邊帶有內(nèi)圓弧面(12)的長方體通孔；與熱電偶插孔(3)相對的另一側(cè)設(shè)有緊靠鋸齒狀梯形塊的斜面(11)；所述的鋸齒狀梯形塊(7)的兩側(cè)面為鋸齒狀，一面為緊靠試樣的鋸齒直面(16)，另一面為緊靠下夾具的鋸齒斜面(17)；上壓頭(1)的下弧面(9)與下夾具(6)的內(nèi)圓弧面(12)采用活動(dòng)配合，鋸齒狀梯形塊(7)插于下夾具(6)內(nèi)的斜面(11)的位置，且鋸齒斜面(17)與下夾具(6)的斜面(11)相吻合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，其特征 在于在鋸齒狀梯形塊(7)與下夾具(6)內(nèi)的斜面ll)上吸附一層石墨或BN粉 體材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，其 特征在于所述的熱電偶孔(3)為兩邊帶有圓弧面的長方體的通孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，其 特征在于所述的鋸齒狀梯形塊(7)的鋸齒形狀為頂面帶有方形的梯形鋸齒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，其 特征在于所述的鋸齒狀梯形塊(7)的斜面角度15為12 20° ，鋸齒間距為 0.5~1.5mm，鋸齒深度為0.5~1.0mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測試連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料剪切性能的夾具，技術(shù)特征在于上壓頭為T字形的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有T字形的上壓頭墊片槽，內(nèi)置上壓頭墊片；下夾具為兩邊帶有圓弧面的長方體結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)側(cè)面設(shè)有熱電偶插入孔；長方體結(jié)構(gòu)的中間為一個(gè)通孔，通孔的下端設(shè)有矩形墊片槽，內(nèi)置一個(gè)與下夾具厚度相等的下夾具墊片；與熱電偶插孔相對的另一側(cè)設(shè)有緊靠鋸齒狀梯形塊的斜面，鋸齒狀梯形塊插于下夾具內(nèi)的斜面的位置，且鋸齒斜面與下夾具的斜面相吻合；壓頭的下弧面與下夾具的內(nèi)圓弧面采用活動(dòng)配合。采用本發(fā)明的夾具測試時(shí)，減小了彎曲效應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果的影響，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近材料的真實(shí)剪切強(qiáng)度。
文檔編號G01N3/24GK101603898SQ200910023320
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者嚴(yán)科飛, 喬生儒, 歌 張, 張程煜, 玫 李, 棟 韓 申請人:西北工業(yè)大學(xué)