本發(fā)明涉及纖維復(fù)合材料力學(xué)性能測試領(lǐng)域，具體是一種用于纖維復(fù)合材料疲勞試驗的防失穩(wěn)裝置及試驗方法。

背景技術(shù)：

纖維復(fù)合材料的基體一般為樹脂類，在纖維復(fù)合材料層合板疲勞試驗中，試樣經(jīng)常加工成直條型或雙曲面啞鈴型。由于試樣在試驗過程中承受循環(huán)載荷，試樣最薄弱的中段容易產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)，因此需要通過安裝防失穩(wěn)裝置來輔助試樣的穩(wěn)定性，目前的防失穩(wěn)裝置通常由兩片平板狀的部件夾持在試樣的兩側(cè)，以減少在試驗過程中試樣產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)的現(xiàn)象，目前這種采用平板狀部件的防失穩(wěn)裝置在用于直條型試樣的試驗中，具有較好的效果。

但是在采用雙曲面啞鈴型試樣的試驗的過程中，仍舊常常發(fā)生試樣屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象，請參閱圖9，圖9是雙曲面啞鈴型試樣的結(jié)構(gòu)簡圖，該雙曲面啞鈴型試樣200包括中段202和位于中段202相對的兩端的施力段201，在雙曲面啞鈴型試樣200的厚度方向上、在中段202的相對的兩側(cè)各具有一凹槽204，凹槽204的底面205呈圓弧狀，兩個凹槽204對稱設(shè)置在雙曲面啞鈴型試樣200的厚度方向的兩側(cè)。在雙曲面啞鈴型試樣的試驗過程中，由于中段202的厚度比較薄，經(jīng)常發(fā)生試樣屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象，屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象使得試樣的疲勞試驗不能正常地順利進(jìn)行，導(dǎo)致無法對復(fù)合材料的疲勞性能進(jìn)行有效的評價。

另外在進(jìn)行疲勞試驗的過程中，試樣本身會產(chǎn)生一定的熱量，同時試樣與防失穩(wěn)裝置之間相互摩擦也會產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量無法及時散去時，隨著試驗的持續(xù)進(jìn)行就會造成試樣的溫度不斷上升。

樹脂基的纖維復(fù)合材料層合板隨著溫度逐漸上升，樹脂的性能開始發(fā)生變化，這將導(dǎo)致復(fù)合材料層合板的力學(xué)性能急劇下降，會直接導(dǎo)致試樣加速失效，疲勞試驗不能正常順利進(jìn)行，以致無法實現(xiàn)對復(fù)合材料疲勞性能的有效評價。目前，對纖維復(fù)合材料層合板疲勞試驗的要求越來越高，尤其是在風(fēng)電行業(yè)，纖維復(fù)合材料層合板疲勞試驗具有耗時長、費用高、難度大等特點，因此在疲勞試驗過程中非正常破壞的試樣愈多，必將造成測試時間、測試費用大幅增加。為了避免試驗過程中試樣的溫度升的過高，常規(guī)的做法是采用吹風(fēng)散熱的方式對試樣進(jìn)行降溫，雖然吹風(fēng)散熱的方式能夠?qū)⒃嚇拥臏囟瓤刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，但是當(dāng)環(huán)境溫度較高時，往往不能對試樣的溫度進(jìn)行有效的控制，試樣的溫度常常升的很高，疲勞試驗難以順利完成等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，在采用雙曲面啞鈴型試樣檢測纖維復(fù)合材料層合板的抗疲勞試驗過程中，減少在試驗過程中試樣產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)的現(xiàn)象，在上述目標(biāo)的基礎(chǔ)上，有效地控制試驗過程中試樣的溫度。為達(dá)到上述目標(biāo)，本申請首先提供一種用于纖維復(fù)合材料疲勞試驗的防失穩(wěn)裝置，以使纖維復(fù)合材料采用雙曲面啞鈴型試樣來檢測其疲勞強度時，不再發(fā)生屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象。

本發(fā)明所涉及的防失穩(wěn)裝置用于雙曲面啞鈴型試樣的試驗中，其包括第一壓板、第二壓板和緊固件；所述緊固件將第一壓板與第二壓板連接一起；

所述第一壓板包括一第一基板，從第一基板的一面向外凸出的第一壓緊部，該第一壓緊部具有一向外凸出的第一圓弧面；所述第二壓板包括一第二基板，從第二基板的一面向外凸出的第二壓緊部，該第二壓緊部具有一向外凸出的第二圓弧面；第一圓弧面與第二圓弧面的弧度相同、且與雙曲面啞鈴型試樣上的向內(nèi)下凹的圓弧面的弧度相同；所述第一圓弧面與第二圓弧面相對設(shè)置。

在將第一壓板與第一壓板分別設(shè)置在雙曲面啞鈴型試樣的具有凹槽的相對的兩側(cè)時，第一圓弧面與第二圓弧面相對設(shè)置，且第一壓緊部與第二壓緊部分別伸入雙曲面啞鈴型試樣的一個凹槽內(nèi)，所述緊固件將第一壓板與第二壓板夾持在雙曲面啞鈴型試樣上。

本發(fā)明在使用時，首先將第一壓板和第二壓板設(shè)置在待檢測的雙曲面啞鈴型試樣兩側(cè)，并將第一壓緊部和第二壓緊部分別入到雙曲面啞鈴型試樣的一個凹槽內(nèi)，再用緊固件將第一壓板與第二壓板鎖緊在雙曲面啞鈴型試樣上，然后對雙曲面啞鈴型試樣的兩端施加設(shè)定的載荷，進(jìn)行疲勞試驗。由于雙曲面啞鈴型試樣的兩個凹槽分別被第一壓緊部和第二壓緊部抵壓，在試驗過程中，試樣被限制在由第一壓緊部和第二壓緊部所限定的空間內(nèi)，在試驗過程中，試樣不會發(fā)生屈曲失穩(wěn)的現(xiàn)象，保證了試驗的順利進(jìn)行。

進(jìn)一步，在第一壓板上開設(shè)有第一冷卻孔，在第二壓板上開設(shè)有第二冷卻孔，第一冷卻孔和第二冷卻孔連接冷卻裝置。

在疲勞試驗的過程，由于試樣本身以及試樣與第一壓板和第二壓板之間的摩擦均會產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量在無法及時散去時，會導(dǎo)致試樣的溫度持續(xù)地升高，在第一壓板與第二壓板上分別開設(shè)第一冷卻孔和第二冷卻孔后，可以在第一冷卻孔與第二冷卻孔上連接冷卻裝置，在進(jìn)行疲勞試樣的過程中，通過冷卻裝置對第一壓板和第二壓板進(jìn)行冷卻，使雙曲面啞鈴型試樣的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，可以有效地避免在溫度升高后，試樣中的樹脂發(fā)生變化后，導(dǎo)致試樣的力學(xué)性能產(chǎn)生較大的變化，進(jìn)而影響疲勞試驗的正常進(jìn)行。

進(jìn)一步，所述緊固件為螺紋緊固件，在第一壓板上開設(shè)有第一緊固孔，在第二壓板上開設(shè)有第二緊固孔，第一緊固孔與第二緊固孔一一對應(yīng)，所述螺紋緊固件在穿過第一緊固孔與第二緊固孔后能夠?qū)⒌谝粔喊迮c第二壓板夾持在雙曲面啞鈴型試樣上。采用螺紋緊固件，并相應(yīng)地設(shè)置第一緊固孔和第二緊固孔后，通過螺紋緊固件可以穩(wěn)定地將第一壓板與第二壓板夾持在雙曲面啞鈴型試樣的兩側(cè)，采用緊固孔的方式，可以在對雙曲面啞鈴型試樣的夾持過程中，比較易于定位，同時在未進(jìn)行試驗時，可以用螺紋緊固將將第一壓板與第二壓板連接在一起，易于管理。

優(yōu)選地，在任一個第一緊固孔與相對應(yīng)的第二緊固孔兩者之中，至少有一個為螺紋孔，所述螺紋緊固件為螺栓。在相對應(yīng)的第一緊固孔與第二緊固孔中，至少將其中一個設(shè)置為螺紋孔后，可以直接將螺栓旋擰在螺紋孔上，減少裝置的零部件的數(shù)量。

優(yōu)選地，所述螺紋緊固件包括相互配合的螺栓和螺母。采用由相互配合的螺栓和螺母作為緊固件，雖然使裝置的零部件的數(shù)量增加，但是可以方便地更換緊固件。尤其是在第一緊固孔與第二緊固孔中具有螺紋孔時，當(dāng)螺紋孔受到破壞時，采用相互配合的螺栓和螺母仍能夠使第一壓板和第二壓板發(fā)揮作用。

進(jìn)一步，所述第一壓緊部由第一基板的一面的中間部向外凸出，所述第二壓緊部由第二基板的一面的中間部向外凸出。該設(shè)計可以有效地降低本裝置的總體重量。

優(yōu)選地，所述緊固件為螺紋緊固件，在第一壓板上開設(shè)有第三緊固孔，第三緊固孔設(shè)置在第一壓緊部的兩側(cè)；在第二壓板上開設(shè)有第四緊固孔，第四緊固孔設(shè)置在第二壓緊部的兩側(cè)；第三緊固孔與第四緊固孔一一對應(yīng)，所述螺紋緊固件在穿過第三緊固孔與第四緊固孔后能夠?qū)⒌谝粔喊迮c第二壓板夾持在雙曲面啞鈴型試樣上。

該設(shè)計可有效地降低第三緊固孔和第四緊固孔的弧度，方便于兩個緊固孔的加工。

本發(fā)明中，第一壓板與第二壓板采用具有良好導(dǎo)熱性能的金屬材料制造，優(yōu)選采用銅材料制造。利用銅的優(yōu)良導(dǎo)熱性能可以快速地對雙曲面啞鈴型試樣進(jìn)行冷卻。

為達(dá)到上述目標(biāo)，本申請還提供一種用于纖維復(fù)合材料疲勞試驗的試驗方法，其采用上述的具有第一冷卻孔和第二冷卻孔的用于纖維復(fù)合材料疲勞試驗的防失穩(wěn)裝置中的任一種，具體包括以下步驟：

(1)將待檢測的雙曲面啞鈴型試樣夾持在第一壓板與第二壓板之間，并使第一壓緊部與第二壓緊部分別伸入雙曲面啞鈴型試樣的一個凹槽內(nèi)，然后用緊固件按設(shè)定壓力鎖緊第一壓板和第二壓板；

(2)將第一冷卻孔與第二冷卻孔接通冷卻裝置，并啟動冷卻裝置，使冷卻液流經(jīng)第一壓板與第二壓板；

(3)在雙曲面啞鈴型試樣的兩端施加設(shè)定載荷。

本發(fā)明中的試驗方法，能夠在試驗過程中對雙曲面啞鈴型試樣進(jìn)行冷卻，在試驗過程中，試樣本身會產(chǎn)生的熱量，以及由于試樣與防失穩(wěn)裝置之間相互摩擦所產(chǎn)生的熱量都會被冷卻液帶走，從而使試樣能夠保持在一定的溫度內(nèi)，使疲勞試驗?zāi)軌蚍€(wěn)定、順利地進(jìn)行下去，使所采集到的數(shù)據(jù)能夠?qū)?fù)合材料的疲勞性能進(jìn)行有效的評價。

進(jìn)一步，在試驗過程中，雙曲面啞鈴型試樣的溫度控制在23±2℃。針對纖維增強樹脂基復(fù)合材料，在試驗過程中，需要對試樣的溫度進(jìn)行控制，樹脂類材料對溫度較為敏感，需避免試樣發(fā)熱，這種發(fā)熱可能導(dǎo)致熱引起的破壞，將直接影響疲勞試驗的正常進(jìn)行，試樣的溫度控制在上述范圍內(nèi)，可以最大限度地提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，緊固件對第一壓板和第二壓板的鎖緊扭矩為3.2±0.1n·m。鎖緊力過緊將導(dǎo)致壓板與試樣之間過度摩擦引起試樣提前破壞，而且會損壞螺牙降低螺栓壽命，鎖緊力過松又不能起到防失穩(wěn)的作用。在上述范圍內(nèi)的鎖緊扭矩下，可確保兩塊壓板對試樣的鎖緊力適中，保證試驗的順利進(jìn)行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是第一壓板的主視圖。

圖3是圖2的a-a向的視圖。

圖4是圖2的俯視圖。

圖5是第二壓板的主視圖。

圖6是圖5的b-b向的視圖。

圖7是圖5的俯視圖。

圖8是對纖維復(fù)合材料進(jìn)行疲勞試驗的裝置示意圖。

圖9雙曲面啞鈴型試樣的結(jié)構(gòu)簡圖。

具體實施方式

實施例1：

參閱圖1，

用于纖維復(fù)合材料疲勞試驗的防失穩(wěn)裝置100，其用于雙曲面啞鈴型試樣的試驗中，其包括第一壓板10、第二壓板20和緊固件30；緊固件30將第一壓板10與第二壓板20連接一起。

參閱圖2-圖4，第一壓板10包括一第一基板11，從第一基板11的一面向外凸出的第一壓緊部12，該第一壓緊部12具有一向外凸出的第一圓弧面121，第一壓緊部由第一基板的一面的中間部向外凸出。

參閱圖5-圖7，第二壓板20包括一第二基板21，從第二基板21的一面向外凸出的第二壓緊部22，該第二壓緊部22具有一向外凸出的第二圓弧面221，第二壓緊部由第二基板的一面的中間部向外凸出。

第一圓弧面121與第二圓弧面221的弧度相同、且與雙曲面啞鈴型試樣上的向內(nèi)下凹的圓弧面的弧度相同；所述第一圓弧面121與第二圓弧面221相對設(shè)置。

在上述方案的基礎(chǔ)上，為了使防失穩(wěn)裝置具有良好的冷卻性能，在第一壓板10上開設(shè)有第一冷卻孔14，在第二壓板20上開設(shè)有第二冷卻孔24。

在本實施例中，緊固件30為螺紋緊固件，具體為螺栓。在第一壓板10上開設(shè)有第三緊固孔13，第三緊固孔13設(shè)置在第一壓緊部12的兩側(cè)，在第一壓緊部12的每側(cè)均設(shè)置有兩個第三緊固孔。在第二壓板20上開設(shè)有第四緊固孔23，第四緊固孔23設(shè)置在第二壓緊部22的兩側(cè)，在第二壓緊部22的每側(cè)均設(shè)置有兩個第四緊固孔。

第三緊固孔與第四緊固孔一一對應(yīng)，第三緊固孔為螺紋孔，作為緊固件30的螺栓穿過第四緊固孔后旋擰在第三緊固孔上。

可以理解，第三緊固孔和第四緊固孔可以均為螺紋孔。或者，第三緊固孔和第四緊固孔均為光孔，此時，螺紋緊固件30包括相互配合的螺栓和螺母。

在本實施例中，第一冷卻孔14的兩端設(shè)置有內(nèi)螺紋141，在第二冷卻孔24的兩端設(shè)置有內(nèi)螺紋241。

實施例2

本實施例是在實施例基礎(chǔ)上不同形式，其不同之處在于，第一壓緊部由第一基板的一面整體向外凸出而形成，第二壓緊部由第二基板的一面整體向外凸出而形成，在在第一壓板上開設(shè)有第一緊固孔，在第二壓板上開設(shè)有第二緊固孔，第一緊固孔與第二緊固孔一一對應(yīng)，第一緊固孔與第二緊固孔均為光孔，緊固件包括相互配合的螺栓和螺母，該螺栓穿過相對應(yīng)的第一緊固孔與第二緊固孔后，將螺母旋擰在螺栓上。

實施例3

用于纖維復(fù)合材料疲勞試驗的試驗方法，其采用實施例所述的防失穩(wěn)裝置100，具體包括以下步驟：

(1)將待檢測的雙曲面啞鈴型試樣40夾持在第一壓板10與第二壓板20之間，并使第一壓緊部12與第二壓緊部22分別伸入雙曲面啞鈴型試樣的一個凹槽內(nèi)，然后用緊固件30按設(shè)定壓力鎖緊第一壓板10和第二壓板20；雙曲面啞鈴型試樣40的具體結(jié)構(gòu)可以參考圖9中的雙曲面啞鈴型試樣200的結(jié)構(gòu)；

(2)將第一冷卻孔14與第二冷卻孔24的下端分別經(jīng)進(jìn)水管51連通循環(huán)泵53的進(jìn)口，循環(huán)泵53的出口連通水池54，第一冷卻孔14與第二冷卻孔24的上端分別經(jīng)出水管52連通水池54，啟動循環(huán)泵53，使冷卻水流經(jīng)第一冷卻孔14與第二冷卻孔24，對第一壓板與第二壓板進(jìn)行冷卻；上述的進(jìn)水管51、出水管52、循環(huán)泵53和水池54構(gòu)成冷卻裝置，在水池內(nèi)設(shè)置有冷卻器；

(3)在雙曲面啞鈴型試樣40的兩端施加設(shè)定扭矩。

緊固件對第一壓板和第二壓板的鎖緊扭矩為3.2±0.1n·m。

在試驗過程中，雙曲面啞鈴型試樣的溫度控制在23±2℃。