專利名稱：纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料力學性能檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料力學性能綜合評價的新方法。
背景技術(shù)：
纖維紡織結(jié)構(gòu)復合材料具有比強度、比模量高、各向異性小及可生物降解等優(yōu)點， 被廣泛應用于室內(nèi)裝飾裝修、航空航天、消防器材及汽車內(nèi)部裝飾等多個領(lǐng)域。目前，紡織 行業(yè)對織物拉伸性能的研究主要集中在織物的單軸拉伸和雙向拉伸方面，但織物具有經(jīng)緯 向交織復合結(jié)構(gòu)特點，在實際工作環(huán)境中的受力情況往往都是處于多方向、不同大小的復 雜狀態(tài)，這給纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料的性能評價帶來一定的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料力學性能檢
測方法，可以對纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料進行三維多向受力的性能評價。 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料力學性能檢
測評價的新方法，包括 通過X軸拉壓單元和/或Y軸拉壓單元將待測材料在X軸向和/或Y軸向進行拉 伸或壓縮； 在進行拉伸或壓縮的同時，通過垂直頂破單元對所述待測材料施加沿與所述X軸 和Y軸所在平面呈90。夾角方向的頂靠力； 通過數(shù)字散斑(DSCM)測試單元測量所述待測材料受力破壞時的變形發(fā)生的過 程，并對所述待測材料的受力破壞趨勢進行預測。 優(yōu)選地，所述待測材料的測量限定在環(huán)境溫度5 45°C 、相對濕度< 85 %的條件 下進行。 優(yōu)選地，所述垂直頂破單元包括垂直頂破頭、第一調(diào)速電機、第一傳動控制系統(tǒng) 和基座，第一調(diào)速電機和第一傳動控制系統(tǒng)設置在所述基座上，垂直頂破頭設置在第一傳 動控制系統(tǒng)的動力輸出端，第一調(diào)速電機設置在第一傳動控制系統(tǒng)的動力輸入端，所述第 一調(diào)速電機通過所述第一傳動控制系統(tǒng)控制所述垂直頂破頭的垂直頂破力、頂破頭移動速 度和位移等。 優(yōu)選地，所述X軸拉壓單元包括一對第二裝夾頭、第二調(diào)速電機、第二傳動控制 系統(tǒng)和第二框架，第二裝夾頭上設置有用于調(diào)節(jié)第二裝夾頭夾持力的第二張緊螺栓，第二 調(diào)速電機和第二傳動控制系統(tǒng)設置在第二框架上，第二裝夾頭通過第二支架安裝在第二傳 動控制系統(tǒng)的動力輸出端。 優(yōu)選地，所述Y軸拉壓單元包括一對第三裝夾頭、第三調(diào)速電機、第三傳動控制 系統(tǒng)和第三框架，第三裝夾頭上設置有用于調(diào)節(jié)第三裝夾頭夾持力的第三張緊螺栓，第三 調(diào)速電機和第三傳動控制系統(tǒng)設置在第三框架上，第三裝夾頭通過第三支架安裝在第三傳 動控制系統(tǒng)的動力輸出端。
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優(yōu)選地，所述待測材料為天然纖維織物、化學纖維織物及由以上纖維織物制成的 復合材料等。 本發(fā)明通過設計可以對待測材料展開單向拉壓、雙向拉壓實驗，并可在待測材料 展開單向或雙向拉伸實驗時施加垂直頂靠力來觀察該待測材料垂直頂破性能，實現(xiàn)了對待 測材料進行三維多向受力破壞性能進行精確的分析。此外，同時利用數(shù)字散斑分析處理系 統(tǒng)，通過比較被測試件變形前后因測試點的前后移動引起光強分布的變化，利用兩幅影像 的光強分布函數(shù)尋找每一點對的最大相關(guān)系數(shù)，計算出它的位移場，并通過程序計算出它 的應變場，了解纖維織物材料在受力的時候變形的情況，從而能夠更準確地評價待測材料 在實際工作環(huán)境中的受力性能?？梢詾楦倪M紡織結(jié)構(gòu)復合材料的設計形式和結(jié)構(gòu)提供分析 數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明采用的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1左視示意圖；
圖3為做單向拉伸時測試試件的示意圖；
圖4為雙向拉伸時測試試件的示意圖。
具體實施例方式
如圖l所示，本發(fā)明采用的測試裝置包括X軸拉壓單元1、Y軸拉壓單元2、垂直頂 破單元4和數(shù)字散斑(DSCM)測試單元3 ;其中，X軸拉壓單元1用于對待測材料進行在X軸 向(在圖l中為左右的方向)的拉壓；Y軸拉壓單元2用于對待測材料進行在Y軸向(在 圖1中為前后的方向)的拉壓；垂直頂破單元4用于待測材料在被進行X軸拉伸和Y軸拉 伸時，對待測材料施加沿與X軸和Y軸所在的平面相垂直的方向(即與X軸和Y軸所在平 面呈90°夾角的方向)的頂靠力；數(shù)字散斑(DSCM)測試單元3用于測量待測材料受力時 的變形過程，并對待測材料的受力破壞趨勢進行預測。待測材料為天然纖維織物、化學纖維 織物及由以上纖維織物制成的紡織結(jié)構(gòu)復合材料等。 上述垂直頂破單元4包括垂直頂破頭43、調(diào)速電機41、第一傳動控制系統(tǒng)42和 基座44，第一調(diào)速電機41、第一傳動控制系統(tǒng)42設置在基座44上，垂直頂破頭43設置在 第一傳動控制系統(tǒng)42的動力輸出端，第一調(diào)速電機41設置在第一傳動控制系統(tǒng)42的動力 輸入端，第一調(diào)速電機41通過第一傳動控制系統(tǒng)42控制垂直頂破頭43的垂直頂破力、頂 破頭移動速度和位移等。垂直頂破頭43的規(guī)格尺寸和形狀可以根據(jù)需要進行選擇。
上述X軸拉壓單元1包括一對第二裝夾頭13、第二調(diào)速電機11、第二傳動控制系 統(tǒng)12、第二框架14，第二裝夾頭13上設置有用于調(diào)節(jié)第二裝夾頭13夾持力的第二張緊螺 栓16，第二調(diào)速電機11和第二傳動控制系統(tǒng)12設置在第二框架14上，第二裝夾頭13通過 第二支架15安裝在第二傳動控制系統(tǒng)12的動力輸出端，在第二傳動控制系統(tǒng)12的控制下 使第二裝夾頭13在X軸即左右方向移動，從而來對待測件施加在X軸方向的拉壓力。在本 實施例中，第二傳動控制系統(tǒng)12采用絲桿連軸結(jié)構(gòu)。 同樣，如圖2所示，一對第三裝夾頭23、第三調(diào)速電機21、第三傳動控制系統(tǒng)22、第 三框架24，第三裝夾頭23上設置有用于調(diào)節(jié)第三裝夾頭23夾持力的第三張緊螺栓26，第三調(diào)速電機21和第三傳動控制系統(tǒng)22設置在第三框架24上，第三裝夾頭23通過第三支
架25安裝在第三傳動控制系統(tǒng)22的動力輸出端，在第三傳動控制系統(tǒng)22的控制下使第三
裝夾頭23在Y軸即圖2的左右方向(圖1的前后方向)移動，從而來對待測件施加在Y軸
方向的拉壓力。在本實施例中，第三傳動控制系統(tǒng)22也采用絲桿連軸結(jié)構(gòu)。 另外，為了防止將待測件夾壞，在第二裝夾頭13和第三裝夾頭23上還粘貼有橡膠板。 通過上述X軸拉壓單元1、 Y軸拉壓單元2和垂直頂破單元4共同作用，就可以對 待測件施加多向的復合破壞力，再通過數(shù)字散斑(DSCM)測試單元3就能夠通過比較被測試 件變形前后因測試點的前后移動引起光強分布的變化，利用兩幅影像的光強分布函數(shù)尋找 每一點對的最大相關(guān)系數(shù)，計算出它的位移場，并通過程序計算出它的應變場，了解纖維織 物材料在受力的時候變形的情況，從而更準確地評價待測材料在實際工作環(huán)境中的受力性 能。可以為改進紡織結(jié)構(gòu)復合材料的設計形式和結(jié)構(gòu)提供分析數(shù)據(jù)。
下面對測試的過程作進一步詳細的說明。
單向拉伸 首先，用于纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料單向拉伸標準測試試件(包括紡織結(jié)構(gòu) 復合材料單向壓縮標準測試試件)加工尺寸如圖3所示。制作的試件需標注出纖維織物 的經(jīng)、緯方向。其中，試件寬度為50mm，長度可根據(jù)測試試件的實際長度有所變化，范圍在 110-300mm之間，厚度不限，以能在第二裝夾頭13或第三夾頭23內(nèi)方便裝卸試件為準。
其次，對纖維織物測試試件做上槳處理為了保證纖維織物試件雙向拉伸測試結(jié) 果的準確性，必須將面粉和水按l : 5的比例混合，攪拌均勻，將纖維織物雙向拉伸測試試 件均勻上漿，6(TC條件下烘約1個小時，直至烘干，起到邊緣加強的效果。
接下來進行單向測試纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料三維力學性能分析儀設定的 單向拉伸力值范圍在0-5000N之間，拉伸速度范圍在0. 01-2. 00mm/s之間。為了便于對纖 維織物單向拉伸性能進行比較，消除拉伸速度不同對斷裂強力值造成的影響，同時為了能 夠更直觀地觀察織物的斷裂過程，本試驗設定單向拉伸力值為5000N，傳感器的精度1N ;并 采用相同的較慢的拉伸速度0. 2mm/s ;纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料測試環(huán)境條件環(huán)境 溫度5 45°C ，相對濕度< 85 % 。 選擇合適的垂直頂破頭類型，在檢測纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料單向拉伸性能 的同時配合檢測材料的垂直頂破性能，纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料三維力學性能分析儀 設定的垂直頂破的頂力值范圍在0-2000N之間，考慮到待測纖維織物材料的性能及減少垂 直頂破頭給待測纖維織物材料造成的影響，垂直頂破頭的頂力值設定在2000N，傳感器的精 度1N，頂破頭43移動速度范圍在0. 01-0. lmm/s左右。 將紡織結(jié)構(gòu)復合材料試樣在X軸(或Y軸)單向夾持，夾持距離分別為100mm，并 使試樣的中心對準夾頭的中心。為了便于與紡織結(jié)構(gòu)復合材料單向拉伸性能進行比較，同 時消除壓縮速度不同對斷裂強力值造成的影響，本試驗設定單向壓縮的力值為5000N，傳感 器的精度1N，并采用相同的較慢的壓縮速度0. 2mm/s。 對進行纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料數(shù)字散斑(DSCM)測試。首先在試件被觀察 表面噴灑上黑色玻璃微珠薄層以便形成大小均勻的隨機分布的增強斑點，調(diào)整數(shù)字散斑 測試單元3的CCD鏡頭焦距和光圈使獲得試件表面的清晰圖像，設置快門速度50ms，加載
5的速度為O. 038mm/s，預張緊力值為經(jīng)向5N或緯向5N，定義載荷50N、 150N、250N、350N、 450N、550N時的圖像為樣本圖像，載荷150N、250N、350N、450N、550N、650N時的圖像分別為 對應的目標圖像，進行目標圖像與樣本圖像相關(guān)識別和相關(guān)計算。對所得數(shù)據(jù)進行光滑處 理的X或Y單位均為3 ;計算的參數(shù)為圖像大小1104X848，步長20X20，計算區(qū)域大小 540X650，單位為像素(pixel)，各試件試驗時的放大倍數(shù)為9. 7pixel/mm。
最后是對測試數(shù)據(jù)的收集和處理。采用數(shù)字散斑測試單元3電腦系統(tǒng)進行處理， 在電腦的界面上直接讀出纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料試樣在X或Y方向上的位移，以及 纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料試樣的伸長。按下來記錄位移與力的數(shù)據(jù)，在記錄的過程中 可以直觀地觀察到纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料位移與力值關(guān)系曲線。
雙向拉伸測試 將圖4的纖維織物及纖維織物復合材料試樣在X、 Y方向同時夾持，夾持距離分別 為100mm，并使試樣的中心對準夾頭的中心。 為了便于同纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料的單向拉伸性能進行比較，消除拉伸速 度不同對斷裂強力值造成的影響，同時為了能夠更直觀地觀察纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材 料在雙向拉伸條件下的斷裂過程，本試驗設定雙向(X軸、Y軸)拉伸的力值為5000N，傳感 器的精度1N，并采用相同的較慢的壓縮速度0. 2mm/s。 在檢測纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料雙向拉伸性能的同時配合檢測材料的垂 直頂破，垂直頂破頭的頂力值設定為2000N，傳感器的精度1N，頂破頭移動速度范圍在 0. 01-0. lmm/s之間。
數(shù)字散斑測試和處理同上。 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍， 因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā) 明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料力學性能檢測方法，包括通過X軸拉壓單元和/或Y軸拉壓單元將待測材料在X軸向和/或Y軸向進行拉伸或壓縮；在進行拉伸的同時，通過垂直頂破單元對所述待測材料施加沿與所述X軸和Y軸所在平面呈90°夾角方向的頂靠力；通過數(shù)字散斑(DSCM)測試單元測量所述待測材料受力破壞時的變形發(fā)生的過程，并對所述待測材料的受力破壞趨勢進行預測。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待測材料的測量限定在環(huán)境溫度5 45°〇、相對濕度< 85%的條件下進行。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直頂破單元包括垂直頂破頭、第一調(diào)速電機、第一傳動控制系統(tǒng)和基座，第一調(diào)速電機和第一傳動控制系統(tǒng)設置在所述基座上，垂直頂破頭設置在第一傳動控制系統(tǒng)的動力輸出端，第一調(diào)速電機設置在第一傳動控制系統(tǒng)的動力輸入端，所述第一調(diào)速電機通過所述第一傳動控制系統(tǒng)控制所述垂直頂破頭的垂直頂破力、頂破頭移動速度和位移等。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述X軸拉壓單元包括一對第二裝夾頭、第二調(diào)速電機、第二傳動控制系統(tǒng)和第二框架，第二裝夾頭上設置有用于調(diào)節(jié)第二裝夾頭夾持力的第二張緊螺栓，第二調(diào)速電機和第二傳動控制系統(tǒng)設置在第二框架上，第二裝夾頭通過第二支架安裝在第二傳動控制系統(tǒng)的動力輸出端。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述Y軸拉壓單元包括一對第三裝夾頭、第三調(diào)速電機、第三傳動控制系統(tǒng)和第三框架，第三裝夾頭上設置有用于調(diào)節(jié)第三裝夾頭夾持力的第三張緊螺栓，第三調(diào)速電機和第三傳動控制系統(tǒng)設置在第三框架上，第三裝夾頭通過第三支架安裝在第三傳動控制系統(tǒng)的動力輸出端。
6. 如權(quán)利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述待測材料為天然纖維織物、化學纖維織物及由以上纖維織物制成的復合材料等。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料力學性能檢測評價的新方法，包括通過X軸拉壓單元和/或Y軸拉壓單元將待測材料在X軸向和/或Y軸向進行拉伸或壓縮；在纖維織物及紡織結(jié)構(gòu)復合材料進行拉伸測試的同時，通過垂直頂破單元對所述待測材料施加沿與所述X軸和Y軸所在平面呈90°夾角方向的頂靠力；通過數(shù)字散斑(DSCM)測試單元，測量所述待測材料受力破壞時的形變發(fā)生的過程，預測待測材料受力破壞發(fā)展趨勢。本發(fā)明通過對待測材料展開單向拉壓、雙向拉壓實驗，并可在待測材料展開拉伸實驗時施加垂直頂靠力來觀察該待測材料在多種受力條件下破壞性能，實現(xiàn)了對待測材料進行三維多向受力破壞性能進行精確的分析和預測。
文檔編號G01N3/08GK101694444SQ200910236158
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者王戈, 程海濤, 覃道春, 黃曉東 申請人:國際竹藤網(wǎng)絡中心;