一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置及方法，专用试验件和专用夹具，专用试验件包括燕尾形夹持端以及中间圆弧试验段；专用夹具包括试验件夹头、中间垫块、外档块、环形挡圈以及紧固螺栓等。其中专用试验件贴合夹具夹头安装，然后将适当厚度中间垫块与试验件夹持端贴合，再用外挡块将中间垫块压紧，最后通过环形挡圈和螺栓将整体紧固。本发明专利技术整体结构简单，易加工，可适用于诸如碳基、陶瓷基以及金属基等多种耐高温复合材料的拉伸试验。

A high temperature tensile test device and method for 3D Braided Composites

The invention discloses a high temperature 3-D braided composite material under tensile test device and method, a special test piece and special fixture, special test piece comprises a dovetail shaped clamping end and the middle segment arc test; test fixture including chuck, middle block, block, ring ring and outer fastening bolt. The special test piece clamping fixture chuck is installed, then the appropriate thickness middle pad is bonded to the clamping part of the test piece, then the intermediate block is pressed by the external block, and the whole ring is fastened through the annular retaining ring and bolt. The invention has a simple overall structure and easy processing, and can be applied to the tensile tests of a variety of high temperature resistant composites, such as carbon base, Tao Ciji and metal base.

【技术实现步骤摘要】
一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置及方法
本专利技术涉及了一种三维编织复合材料高温拉伸试验方法，具体的说涉及了一种超高温环境下三维编织碳/碳复合材料拉伸试验方法。
技术介绍
碳/碳复合材料是一种力学性能优异的新型高温材料，它强度高，在超高温环境下能保持高强度，并具有良好的烧蚀性能，因而在航空航天、医疗、汽车、船舶等领域得到重要应用。三维编织工艺具有纤维多向取向、整体连续分布的特点，从而使得由三维织物合成的复合材料具备优良的抗冲击损伤性能、力学性能和耐烧蚀性能。它克服了复合材料层合板的层间强度低、受冲击后容易损伤、在机械连接孔和几何形状突变的强度显著下降等诸多弱点，这就使三维编织复合材料作为制作第一承力结构件和高性能制件成为可能，因而这种新的复合材料结构形式备受重视。三维编织碳/碳复合材料在进行拉伸试验时，多采用板材试验件，由于碳/碳复合材料横向刚度和强度较差，故需要在夹持端贴合加强片，贴合加强片所用胶水的工作温度均在300℃以内，当温度升高后，胶水软化，黏合强度降低，在进行拉伸试验时，极易在夹持端产生“脱胶”现象，且夹持端夹紧力不易控制，在拉伸试验过程中，极易产生夹持端局部破坏或“压溃”现象，造成试验件根部断裂，导致试验失败。若采用对试验件夹持端打孔，然后筒盖销钉与试验机连接的方法，会造成孔边应力集中，造成夹持端率先发生破坏。基于以上问题，将试验件夹持端设计成燕尾形，通过专用夹具，使高温拉伸试验形成“试验件—夹具—试验机”系统，成为三维编织碳/碳复合材料高温拉伸试验重要的研究手段。然而，三维编织复合材料的拉伸强度与模量对纤维的完整性要求较高由于受夹持方案的限制，目前国内外对于高温编织复合材料的力学性能测试方法为将试验件的夹持端加工成燕尾形，通过专用夹具将试验件与试验机相连，这一方法可保证试验件在拉伸过程中，夹持端无滑移和破坏现象，但同时也破坏了材料纤维的完整性，材料的破坏形式由原本的纤维拉伸和剪切破坏为主转变为纤维拔出破坏，造成材料力学性能显著低于材料的真实值。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置及方法，本专利技术整体结构简单，易加工，可适用于诸如碳基、陶瓷基以及金属基等多种耐高温复合材料的拉伸试验。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置，用于对三维编织复合材料的试验件(1)进行高温拉伸试验，包括两个夹具，分别为上夹具和下夹具，所述夹具包括试验件夹头(2)、中间垫块(3)、外档块(4)、环形挡圈(5)以及紧固螺栓，所述试验件(1)由两端到中间依次为燕尾形夹持段(11)、过渡段(12)以及中间测试段(13)；试验件夹头(2)一端为圆柱段(21)，该圆柱段(21)用于通过试验机的楔形夹块夹持与试验机相连，另一端为夹持端(22)，所述夹持端(22)上开设有燕尾槽(23)，所述燕尾槽(23)的开口侧面位于夹持端(22)的侧面上，燕尾槽(23)的短底边(232)的开口位于夹持端(22)远离圆柱段(21)的一侧，燕尾槽(23)的长底边(231)的底面位于夹持端(22)靠近圆柱段(21)的一侧，所述燕尾槽(23)的侧面底面(233)位于夹持端(22)内；试验时，上夹具用于夹持试验件(1)一端的燕尾形夹持段(11)，而下夹具用于夹持夹持试验件(1)另一端的燕尾形夹持段(11)；所述中间垫块(3)、燕尾形夹持段(11)、外档块(4)由内到外依次设置于燕尾槽(23)内，且所述中间垫块(3)位于燕尾形夹持段(11)与燕尾槽(23)的侧面底面(233)之间；所述环形挡圈(5)设置于夹持端(22)的外表面，通过紧固螺栓收紧环形挡圈(5)，进而将外档块(4)、燕尾形夹持段(11)、中间垫块(3)依次固定在燕尾槽(23)内。优选的：所述燕尾形夹持段(11)与外档块(4)之间设置有压紧垫片，所述压紧垫片表面经过打磨处理增加试验件与夹具之间的摩擦力。优选的：燕尾形夹持段(11)、过渡段(12)以及中间测试段(13)之间通过圆角过渡。优选的：中间测试段(13)长度大于一个单胞长度，即三维编织工艺参数中的花节长度，可通过式(1)～(2)得到，其中h为单胞长度，b1为纤维被挤压后截面的椭圆短轴，γ为内部编织角，Wx为织物宽度，m为编织纱线排数。中间测试段(13)张角大于试验件表面编织角，内部编织角γ和表面编织角θ的关系如式(3)所示：优选的：所述燕尾槽(23)的侧面底面(233)到开口侧面的深度小于夹持端(22)的厚度，所述燕尾槽(23)的侧面底面(233)到开口侧面的深度大于夹持端(22)一半的厚度。一种三维编织复合材料高温拉伸试验方法，采用上述的三维编织复合材料高温拉伸试验装置，包括以下步骤：步骤1，分别将上夹具和下夹具的圆柱段(21)通过试验机的楔形夹块加紧在试验机的上、下作动筒上；步骤2，根据试验件(1)厚度，在燕尾槽(23)的侧面底面(233)添加相应厚度对中间垫块(3)，保证试验件(1)的两端燕尾形夹持段(11)均在夹持端(22)的中间位置；步骤3，将试验件(1)放入燕尾槽(23)中，之后放入相应厚度压紧垫片和外档块(4)，此时外档块(4)高于燕尾槽(23)，以保证紧固螺栓能够将外档块(4)与试验件(1)扣紧；步骤4，将环形挡圈(5)与夹持端(22)通过紧固螺栓锁死；步骤5，在安装好上、下夹具和试验件(1)之后，将高温炉安装至试验件(1)的中间测试段(13)，进行高温炉升温、保温、试验件机的操作。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术所设计的试验件可有效避免复合材料高温试验中试验件夹持端“脱胶”现象，而所设计的试验件中间测试段可有效避免过多的纤维拔出，使得到的试验数据符合材料的实际力学性能；试验件与专用夹具通过燕尾配合，在试验件拉伸过程中，燕尾形卡槽对试验件提供主要拉伸力，试验件与中间垫块为过盈配合，通过螺栓的紧固为试验件拉伸提供摩擦力，试验件夹持端接触面积增大，降低试验件在拉伸过程中发生“根切”现象，夹具整体结构简单，易加工，可适用于诸如碳/碳、陶瓷基金属基等多种耐高温复合材料的拉伸试验。附图说明图1为试验件的结构示意图。图2为夹头结构示意图。图3为垫片结构示意图。图4为外挡块结构示意图。图5为环形挡圈结构示意图。图6为本专利技术夹具的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置，用于对三维编织复合材料的试验件1进行高温拉伸试验，包括一种特定试验件和配套的专用夹具，如图1所示，专用试验件为板材试验件，所述试验件1由两端到中间依次为燕尾形夹持段11、过渡段12以及中间测试段13。燕尾形夹持段11、过渡段12以及中间测试段13之间直接通过圆角过渡。中间测试段13长度略大于一个单胞长度，即三维编织工艺参数中的花节长度，可通过式(1)～(2)得到，其中h为单胞长度，b1为纤维被挤压后截面的椭圆短轴，γ为内部编织角，Wx为织物宽度，m为编织纱线排数。中间测试段13张角大于试验件表面编织角，内部编织角γ和表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置，用于对三维编织复合材料的试验件(1)进行高温拉伸试验，其特征在于：包括两个夹具，分别为上夹具和下夹具，所述夹具包括试验件夹头(2)、中间垫块(3)、外档块(4)、环形挡圈(5)以及紧固螺栓，所述试验件(1)由两端到中间依次为燕尾形夹持段(11)、过渡段(12)以及中间测试段(13)；试验件夹头(2)一端为圆柱段(21)，该圆柱段(21)用于通过试验机的楔形夹块夹持与试验机相连，另一端为夹持端(22)，所述夹持端(22)上开设有燕尾槽(23)，所述燕尾槽(23)的开口侧面位于夹持端(22)的侧面上，燕尾槽(23)的短底边(232)的开口位于夹持端(22)远离圆柱段(21)的一侧，燕尾槽(23)的长底边(231)的底面位于夹持端(22)靠近圆柱段(21)的一侧，所述燕尾槽(23)的侧面底面(233)位于夹持端(22)内；试验时，上夹具用于夹持试验件(1)一端的燕尾形夹持段(11)，而下夹具用于夹持夹持试验件(1)另一端的燕尾形夹持段(11)；所述中间垫块(3)、燕尾形夹持段(11)、外档块(4)由内到外依次设置于燕尾槽(23)内，且所述中间垫块(3)位于燕尾形夹持段(11)与燕尾槽(23)的侧面底面(233)之间；所述环形挡圈(5)设置于夹持端(22)的外表面，通过紧固螺栓收紧环形挡圈(5)，进而将外档块(4)、燕尾形夹持段(11)、中间垫块(3)依次固定在燕尾槽(23)内。...

【技术特征摘要】
1.一种三维编织复合材料高温拉伸试验装置，用于对三维编织复合材料的试验件(1)进行高温拉伸试验，其特征在于：包括两个夹具，分别为上夹具和下夹具，所述夹具包括试验件夹头(2)、中间垫块(3)、外档块(4)、环形挡圈(5)以及紧固螺栓，所述试验件(1)由两端到中间依次为燕尾形夹持段(11)、过渡段(12)以及中间测试段(13)；试验件夹头(2)一端为圆柱段(21)，该圆柱段(21)用于通过试验机的楔形夹块夹持与试验机相连，另一端为夹持端(22)，所述夹持端(22)上开设有燕尾槽(23)，所述燕尾槽(23)的开口侧面位于夹持端(22)的侧面上，燕尾槽(23)的短底边(232)的开口位于夹持端(22)远离圆柱段(21)的一侧，燕尾槽(23)的长底边(231)的底面位于夹持端(22)靠近圆柱段(21)的一侧，所述燕尾槽(23)的侧面底面(233)位于夹持端(22)内；试验时，上夹具用于夹持试验件(1)一端的燕尾形夹持段(11)，而下夹具用于夹持夹持试验件(1)另一端的燕尾形夹持段(11)；所述中间垫块(3)、燕尾形夹持段(11)、外档块(4)由内到外依次设置于燕尾槽(23)内，且所述中间垫块(3)位于燕尾形夹持段(11)与燕尾槽(23)的侧面底面(233)之间；所述环形挡圈(5)设置于夹持端(22)的外表面，通过紧固螺栓收紧环形挡圈(5)，进而将外档块(4)、燕尾形夹持段(11)、中间垫块(3)依次固定在燕尾槽(23)内。2.根据权利要求1所述三维编织复合材料高温拉伸试验装置，其特征在于：所述燕尾形夹持段(11)与外档块(4)之间设置有压紧垫片，所述压紧垫片表面经过打磨处理增加试验件与夹具之间的摩擦力。3.根据权利要求1所述三维编织复合材料高温拉伸试验装置，其特征在于：燕尾形夹持段(11)、过渡段(12)以及中间测试段(13)之间通过圆角过渡。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：温卫东，陈波，吴福仙，翁晶萌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32