基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置，包括激光拉曼光谱仪、试样承载机构和拉伸机构；试样承载机构包括承载框架、试样固定端头Ⅰ、试样固定端头Ⅱ、应力传感器、千分计量尺和应力读数显示器；承载框架为矩形且垂直安装在激光束的正下方，其矩形框架的一端内侧固定安装有试样固定端头Ⅰ，另一端活动安装有试样固定端头Ⅱ，由此构成固定待测试样的固定机构；试样固定端头Ⅰ的一端固定在承载框架内侧，另一端通过应力传感器与待测试样固定连接；试样固定端头Ⅱ的一端与待测试样固定连接，另一端穿过矩形框架且通过千分计量尺与拉伸机构连接；应力读数显示器与应力传感器电连接。本实用新型专利技术能精确检测，计算出界面剪切强度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到纤维增强树脂基复合材料界面剪切强度检测技术，特别涉及到一种基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置。
技术介绍
纤维增强树脂基复合材料以独特的轻量化效果(高比强度和比模量)成为众多
(汽车工业、风力发电、轨道交通、体育休闲、家电、建筑和航空航天等
)的主流技术趋势。其在国民经济中占有重要地位,是国家产业政策重点鼓励发展的行业，发展空间巨大。尤其当前汽车轻量化技术是节省能源、提高行驶性能的有效方法之一，也是国内外汽车制造商追求的关键技术目标之一。然而，由于复合材料中增强纤维与基体树脂热膨胀系数的差异，导致了复合材料在生产固化过程中，或后期使用过程中随环境温度的变化，导致复合材料内部产生内应力。沿纤维轴向的应力对复合材料的拉伸性能和疲劳性能会产生很大的影响，沿纤维轴向的应力对复合材料的拉伸性能和疲劳性能会产生很大的影响，而纤维增强树脂基复合材料的界面剪切强度直接影响到复合材料的强度和韧性。因此，精确测量纤维增强树脂基复合材料的界面剪切强度，对于提升纤维增强树脂基复合材料的综合力学性能及其在各种复杂环境下的使用安全性意义重大。目前，现有技术纤维增强树脂基复合材料界面剪切强度的检测方法，主要有纤维拔出、纤维压入、纤维断裂和微珠脱粘等四种测试方法，其特点都是让单纤维界面承受剪力，根据界面脱粘载荷计算得出界面剪切强度，其差别仅在于所用试件的外形和加载方式不同。然而，由于忽略了界面楔形角不同，导致各种测试方法对于同种纤维和树脂的检测，通常得出不同的界面剪切强度。另外，这些方法只能测量临界界面剪切强度，对于未发生界面破坏的剪切应力则无法测量。显然，现有技术纤维增强树脂基复合材料界面剪切强度的检测方法存在着界面剪切强度测量不准确和只能测量临界界面剪切强度等问题。
技术实现思路
为解决现有技术纤维增强树脂基复合材料界面剪切强度的检测方法存在的界面剪切强度测量不准确和只能测量临界界面剪切强度等问题，本技术提出一种基于激光拉曼光谱仪的复
合材料界面剪切强度检测装置。本技术基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置，包括，激光拉曼光谱仪、试样承载机构和拉伸机构；所述试样承载机构，包括，承载框架、试样固定端头Ⅰ、试样固定端头Ⅱ、应力传感器、千分计量尺和应力读数显示器；所述承载框架为矩形且垂直安装在激光束的正下方，其矩形框架的一端内侧固定安装有试样固定端头Ⅰ，另一端活动安装有试样固定端头Ⅱ，由此构成固定待测试样的固定机构；所述试样固定端头Ⅰ的一端固定在承载框架内侧，另一端通过应力传感器与待测试样固定连接；所述试样固定端头Ⅱ的一端与待测试样固定连接，另一端穿过矩形框架且通过千分计量尺与拉伸机构连接；所述应力读数显示器与应力传感器电连接。进一步的，所述试样承载机构还设置有推动承载框架按照设定的距离沿水平或纤维轴线方向移动的步进机构。进一步的，所述步进机构皮带轮步进机构、齿轮齿条步进机构或蜗轮蜗杆步进机构，其设定的距离为0.01mm－2.00mm。进一步的，所述激光拉曼光谱仪激光束的波长为514nm或633nm；所述激光拉曼光谱仪的空间分辨率≤2μm。进一步的，所述拉伸机构设置有拉伸变量调节装置，所述拉伸变量的调节范围为0.05％－100％。本技术基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置有益技术效果是能够对增强纤维单丝或复合材料内部的增强纤维单丝拉曼吸收峰的波数和纤维单丝的应变进行精确检测，为计算纤维表面微观区域的残余应力提供基础数据，并由此计算出界面剪切强度。附图说明附图1为本技术检测装置对纤维单丝试样进行拉伸检测的示意图；附图2为本技术检测装置对复合材料试样进行拉伸检测的示意图；附图3为本技术检测装置实际检测实施例ε与ν的关系曲线；附图4为本技术检测装置实际检测实施例沿纤维轴线不同位置微区的拉曼吸收峰波数关系；附图5为本技术检测装置实际检测实施例内部增强纤维沿纤维轴线不同位置的微区应变关系；附图6为本技术检测装置实际检测实施例复合材料形变量为0％、0.3％、0.6％、0.9％的位置-应力曲线；附图7为本技术检测装置实际检测实施例复合材料形变量为1.5％和1.8％的位置-应力曲线；附图8为本技术检测装置实际检测实施例复合材料应变量为0.3％、0.6％、0.9％和1.2％的沿纤维轴线不同位置的微区界面剪切强度的关系；附图9为本专利技术检测方法复合材料应变量为1.5％的沿纤维轴线不同位置的微区界面剪切强度的关系；附图10为本技术检测装置实际检测实施例复合材料应变量为1.8％的沿纤维轴线不同位置的微区界面剪切强度的关系。下面结合附图和具体实施例对本技术基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置作进一步的说明。具体实施方式附图1为本技术检测装置对增强纤维单丝进行拉伸检测的示意图，附图2为本技术检测装置对复合材料样品进行拉伸检测的示意图，图中，11为承载框架，12为试样固定端头Ⅰ，13为试样固定端头Ⅱ，14为应力传感器，15为千分计量尺，16为应力读数显示器，21为激光头，22为激光束，A为纤维单丝试样，B为复合材料试样，箭头方向为拉伸方向。由图可知，本技术基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置，包括，激光拉曼光谱仪(未图示)、试样承载机构和拉伸机构(未图示)；所述试样承载机构，包括，承载框架11、试样固定端头Ⅰ12、试样固定端头Ⅱ13、应力传感器15、千分计量尺14和应力读数显示器16；所述承载框架11为矩形且垂直安装在激光束22的正下方，其矩形框架的一端内侧固定安装有试样固定端头Ⅰ12，另一端活动安装有试样固定端头Ⅱ13，由此构成固定待测试样(A或B)的固定机构；所述试样固定端头Ⅰ12的一端固定在承载框架11内侧，另一端通过应力传感器15与待测试样(A或B)固定连接；所述试样固定端头Ⅱ13的一端与待测试样(A或B)固定连接，另一端穿过矩形框架且通过千分计量尺14与拉伸机构连接；所述应力读数显示器16与应力传感器15电连接。在具体检测时，对于纤维单丝试样，可采用将单根纤维粘于纸片后进行固定连接，使被检测纤维单丝分别与试样固定端头Ⅰ和试样固定端头Ⅱ固定连接。由于承载框架垂直安装在激光束的正下方，通过调整可以保证激光束与纤维轴线垂直。根据检测需要设定拉伸机构的拉伸变量，开启激光拉曼光谱仪，即可测得纤维单丝在不同形变量的条件下，所受应力与拉曼吸收峰波数的对应关系。为检测纤维单丝在同一形变量的情况下，不同轴线位置所受应力与拉曼吸收峰波数的对应关系，本技术复合材料界面剪切强度检测装置的试样承载机构还设置有推动承载框架按照
设定的距离沿水平或纤维轴线方向移动的步进机构。通常可采用常见的步进机构，包括皮带轮步进机构、齿轮齿条步进机构或蜗轮蜗杆步进机构，其设定的距离为0.01mm－2.00mm。通过设定可以使承载框架按照设定的距离沿水平或纤维轴线方向移动，由此，可以检测到同一形变量的情况下，不同轴线位置所受应力与拉曼吸收峰波数的对应关系。作为优选，本技术复合材料界面剪切强度检测装置，所述激光拉曼光谱仪激光束的波长为514nm或633nm；所述激光拉曼光谱仪的空间分辨率≤2μm。所述拉伸机构设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置，其特征在于，该检测装置包括，激光拉曼光谱仪、试样承载机构和拉伸机构；所述试样承载机构，包括，承载框架、试样固定端头Ⅰ、试样固定端头Ⅱ、应力传感器、千分计量尺和应力读数显示器；所述承载框架为矩形且垂直安装在激光束的正下方，其矩形框架的一端内侧固定安装有试样固定端头Ⅰ，另一端活动安装有试样固定端头Ⅱ，由此构成固定待测试样的固定机构；所述试样固定端头Ⅰ的一端固定在承载框架内侧，另一端通过应力传感器与待测试样固定连接；所述试样固定端头Ⅱ的一端与待测试样固定连接，另一端穿过矩形框架且通过千分计量尺与拉伸机构连接；所述应力读数显示器与应力传感器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光拉曼光谱仪的复合材料界面剪切强度检测装置，其特征在于，该检测装置包括，激光拉曼光谱仪、试样承载机构和拉伸机构；所述试样承载机构，包括，承载框架、试样固定端头Ⅰ、试样固定端头Ⅱ、应力传感器、千分计量尺和应力读数显示器；所述承载框架为矩形且垂直安装在激光束的正下方，其矩形框架的一端内侧固定安装有试样固定端头Ⅰ，另一端活动安装有试样固定端头Ⅱ，由此构成固定待测试样的固定机构；所述试样固定端头Ⅰ的一端固定在承载框架内侧，另一端通过应力传感器与待测试样固定连接；所述试样固定端头Ⅱ的一端与待测试样固定连接，另一端穿过矩形框架且通过千分计量尺与拉伸机构连接；所述应力读数显示器与应力传感器电连接。2.根据权利要求1所述基于激光拉曼光谱仪的复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：金思宇，
申请(专利权)人：金思宇，
类型：新型
国别省市：四川;51