纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣制備裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料自動鋪放成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及可控變形的纖維面內(nèi)屈曲 就位強(qiáng)度測試試樣制備裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動鋪絲成形工藝由于其高質(zhì)量、高效率和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于 航空航天等領(lǐng)域的復(fù)合材料構(gòu)件的自動化成形過程中。
[0003] 自動鋪放過程中，為充分利用纖維縱向強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)效益，實(shí)際鋪放并不是沿鋪 放曲面的測地線進(jìn)行的。但非測地線鋪放將使預(yù)浸絲發(fā)生彎曲變形導(dǎo)致預(yù)浸料內(nèi)應(yīng)力分布 為一側(cè)受拉，一側(cè)受壓，因纖維沿縱向的拉伸模量非常大，因此認(rèn)為受拉側(cè)不發(fā)生變形，而 受壓側(cè)會通過纖維的面內(nèi)屈曲釋放壓應(yīng)力；壓縮變形越大，壓應(yīng)力也就越大，纖維面內(nèi)屈曲 越嚴(yán)重。當(dāng)纖維發(fā)生屈曲后，纖維偏離軸向，產(chǎn)生偏軸分布，使得纖維就位強(qiáng)度下降，從而導(dǎo) 致材料性能的損失。因此，研究纖維屈曲變形對纖維就位強(qiáng)度的影響，衡量非測地線軌跡下 結(jié)構(gòu)效益的提高程度和材料性能的損失大小，對鋪放結(jié)構(gòu)件性能的優(yōu)化具有重要的理論意 義和工程價值。
[0004] 但是按照現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求無法對非測地線軌跡（彎曲狀）鋪放下含有纖維屈曲 的預(yù)浸料進(jìn)行取樣，基于現(xiàn)有試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有纖維面內(nèi)屈曲的形成方法，無法對纖維屈曲 的就位強(qiáng)度進(jìn)行測試，進(jìn)而無法評價纖維屈曲對制件性能的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種可控變形的 纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣的裝置及制備方法。本發(fā)明可利用現(xiàn)有復(fù)合材料基本力 學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)對纖維屈曲后纖維就位強(qiáng)度進(jìn)行測量，評估纖維屈曲對制件性能的影響情 況。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為： 纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣制備裝置，其中：包括由內(nèi)至外設(shè)置的柔性硅膠板夾 層、移動夾具層以及導(dǎo)向蓋板結(jié)構(gòu)，柔性硅膠板夾層包括上柔性硅膠板和下柔性硅膠板，單 向預(yù)浸絲束能被夾持固定在上柔性硅膠板和下柔性硅膠板之間，移動夾具層包括左移動夾 具以及右移動夾具，左移動夾具包括左上移動夾板和左下移動夾板，右移動夾具包括右上 移動夾板和右下移動夾板，左上移動夾板和左下移動夾板能配合夾緊柔性硅膠板夾層的左 部，右上移動夾板和右下移動夾板能配合夾緊柔性硅膠板夾層的右部，左移動夾具以及右 移動夾具上均設(shè)置有能設(shè)置移動夾具夾持松緊度的緊定螺釘，試樣制備裝置還設(shè)置有移動 夾具運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，移動夾具運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)能推動左移動夾具以及右移動夾具軸向橫移。
[0007] 為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括： 上述的移動夾具運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)包括固定在一側(cè)移動夾具上的固定頂塊、安裝于另一側(cè) 移動夾具上的可移動頂塊和安裝在可移動頂塊上的調(diào)節(jié)螺釘組成，可移動頂塊上設(shè)置有與 夾具側(cè)邊平行的擋邊，使可移動頂塊只能軸向橫移。
[0008] 上述的左移動夾具以及右移動夾具上均設(shè)置有移動夾具定位銷，該移動夾具定位 銷固定上下移動夾板，使得上下移動夾板移動時位移同步。
[0009] 上述的左移動夾具以及右移動夾具的軸向長度均為柔性硅膠板夾層的軸向長度 的二分之一，左移動夾具和右移動夾具對稱地設(shè)置在柔性硅膠板夾層左右。
[0010] 上述的導(dǎo)向蓋板結(jié)構(gòu)包括上蓋板和下蓋板，上蓋板和下蓋板通過導(dǎo)向蓋板定位銷 固定在一起。
[0011] 上述的導(dǎo)向蓋板結(jié)構(gòu)中部開有觀察窗，觀察窗能同時觀察到左移動夾具右側(cè)以及 右移動夾具左側(cè)。
[0012] 上述的移動夾具定位銷位于左移動夾具以及右移動夾具的內(nèi)端，緊定螺釘位于左 移動夾具以及右移動夾具的外端。
[0013] 纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣制備方法，包括以下步驟： 步驟一、將多根或單根單向預(yù)浸絲束，以一定間距沿柔性硅膠板夾層的長度方向貼敷 于上柔性硅膠板和下柔性硅膠板中間； 步驟二、調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘?shù)男隽?，使左移動夾具以及右移動夾具對接，即左移動夾具以 及右移動夾具間距為〇,記錄左移動夾具和右移動夾具上的夾緊螺釘之間的間距為人· 步驟三、對柔性硅膠板夾層進(jìn)行預(yù)熱，排除柔性硅膠板夾層受熱膨脹對結(jié)果的影響； 步驟四、預(yù)熱結(jié)束后，調(diào)節(jié)螺釘旋出量增加，使左移動夾具和右移動夾具間距增加至 4，則兩側(cè)夾緊螺釘間距增至齡4，上柔性硅膠板和下柔性硅膠板在移動夾具的帶動下發(fā)生 軸向的彈性變形，維持該彈性變形并保溫，同時確保單向預(yù)浸絲束被緊密壓在上柔性硅膠 板和下柔性硅膠板之間； 步驟五、保溫結(jié)束后，調(diào)節(jié)螺釘旋出量減小，上柔性硅膠板和下柔性硅膠板回縮完成后 測量左移動夾具和右移動夾具的間距4，單向預(yù)浸絲束中的纖維隨柔性硅膠板的回縮發(fā)生 面內(nèi)軸向壓縮變形，產(chǎn)生面內(nèi)屈曲； 步驟六、對單向預(yù)浸絲束保溫固化，便可得到含有壓縮應(yīng)變?yōu)榈睦w維面內(nèi)屈曲 就位強(qiáng)度測試試樣。
[0014] 上述的通過調(diào)節(jié)^、&的大小，即能得到壓縮應(yīng)變可控的纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測 試試樣。
[0015] 本發(fā)明的可空變形的纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣的制備方法其基本原理為 利用模具的回縮，從而使預(yù)浸絲束的纖維受軸向壓縮而產(chǎn)生面內(nèi)屈曲，因此本發(fā)明中的成 形模具采用彈性變形能力良好的柔性硅膠板代替，工作時單向預(yù)浸絲束沿柔性硅膠板長度 方向，夾貼在上下片柔性硅膠板中間，當(dāng)柔性硅膠板發(fā)生彈性拉伸變形時，預(yù)浸絲束不發(fā)生 變形，而當(dāng)柔性硅膠板中的彈性拉伸變形消失而恢復(fù)原始長度時，預(yù)浸絲束將在軸向方向 上受壓縮作用，而產(chǎn)生面內(nèi)屈曲。
[0016] 為使柔性硅膠板發(fā)生均勻的彈性拉伸變形，在柔性硅膠板的外表面安裝有左右兩 套可移動夾具，可移動夾具由上下兩塊夾板組成，夾板長度為柔性硅膠板長度的1/2,在上 下夾板的一端開有與緊定螺釘配合的螺紋孔和通孔，緊定螺釘將柔性硅膠板和上下夾板聯(lián) 接為一體，此時使左右移動夾具向相反方向運(yùn)動，便會帶動柔性硅膠板發(fā)生均勻的拉伸變 形。
[0017] 為確保柔性硅膠板發(fā)生可控變形，本發(fā)明設(shè)計(jì)有移動夾具運(yùn)動控制結(jié)構(gòu)，具體包 括安裝于左移動夾具定位銷上的固定頂塊、安裝與右移動夾具定位銷上的可移動頂塊以及 安裝于可移動頂塊上的調(diào)節(jié)螺釘。通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘?shù)男鲩L度使柔性硅膠板獲得長度方 向不同的彈性拉伸變形，進(jìn)而獲得可控的纖維軸向壓縮應(yīng)變。特別的，頂塊上有與移動夾具 邊緣平行的擋邊，避免頂塊繞定位銷旋轉(zhuǎn)，且夾具左右各有兩套運(yùn)動控制結(jié)構(gòu)，避免在調(diào)節(jié) 時出現(xiàn)移動夾具運(yùn)動不平行，造成不均勻變形。
[0018] 為確保所有變形均沿預(yù)浸絲的軸向進(jìn)行，保證柔性硅膠板拉伸與回彈、可移動夾 具的移動，均沿長度方向進(jìn)行，本發(fā)明在可移動夾具兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)向蓋板以實(shí)現(xiàn)可移動夾 具移動方向的定位，上下移動蓋板利用定位銷進(jìn)行定位；導(dǎo)向蓋板同時可對對柔性硅膠板 施壓，以保證預(yù)浸絲束變形全部為面內(nèi)變形。另外在導(dǎo)向蓋板中間開有觀察窗，以方便對移 動夾具的移動距離進(jìn)行測量。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中可控變形的纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣制備裝置的 等軸視圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中可控變形的纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣制備裝置的側(cè)視 圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中移動夾具與移動夾具運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)安裝細(xì)節(jié)圖。
[0020] 圖中標(biāo)號名稱：單向預(yù)浸絲束1、柔性硅膠板夾層2、上柔性硅膠板2-1、下柔性硅 膠板2-2、移動夾具層3、左移動夾具3-1、左上移動夾板3-1-1、左下移動夾板3-1-2、右移動 夾具3-2、右上移動夾板3-2-1、右下移動夾板3-2-2、導(dǎo)向蓋板結(jié)構(gòu)4、移動夾具運(yùn)動控制機(jī) 構(gòu)5、固定頂塊5-1、可移動頂塊5-2、調(diào)節(jié)螺釘5-3、緊定螺釘6、導(dǎo)向蓋板定位銷7、移動夾 具定位銷8、觀察窗9。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022] 如圖1-3所示，本發(fā)明的纖維面內(nèi)屈曲就位強(qiáng)度測試試樣制備裝置，其中：包括由 內(nèi)至外設(shè)置的柔性硅膠板夾層2、移動夾具層3以及導(dǎo)向蓋板結(jié)構(gòu)4,柔性硅膠板夾層2包 括上柔性硅膠板2-1和下柔性硅膠板2-2,單向預(yù)浸絲束1能被夾持固定在上柔性硅膠板 2-1和下柔性硅膠板2-2之間，移動夾具層3包括左移動夾具3-1以及右移動夾具3-2,左 移動夾具3_1包括左上移動夾板3-1-1和左下移動夾板3-1-2,右移動夾具3-2包括右上移 動夾板3-2-1和右下移動夾板3-2-2,左上移動夾板3-1-1和左下移動夾板3-1-2能配合夾 緊柔性硅膠板夾層2的左部，右上移動夾板3-2-1和右下移動夾板3-2-2能配合夾緊柔性 硅膠板夾層2的右部，左移動夾具3-1以及右移動夾具3-2上均設(shè)置有能設(shè)置移動夾具夾 持松緊度的緊定螺釘6,試樣制備裝置還設(shè)置有移動夾具運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)5,移動夾具運(yùn)動控 制機(jī)構(gòu)5能推動左移動夾具3-1以及右移動夾具3-2軸向橫移。
[0023] 實(shí)施例中，移動夾具運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)5包括固定在一側(cè)移動夾具上的固定頂塊5-1、 安裝于另一側(cè)移動夾具上的可移動頂塊5-2和