一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，包括：固定框架及活动框架，活动框架通过弹力绳悬吊在固定框架中央，活动框架下部通过直线轴承约束；粘接试件安装在活动框架与固定框架之间，冲击试验机的半球形冲击头撞击活动框架，向粘接试件施加竖直向下的冲击载荷，冲击载荷轴向作用在粘接接头，保证了试验的可靠性。本发明专利技术还公开了一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试方法，不需要在环境箱内进行力学冲击测试，既降低了设备成本又方便操作，并保证了实验数据的可靠性；通过测试粘接接头在全服役温度区间内的动态冲击性能，得到任意温度和冲击速率作用下的力学冲击参数，基于该力学冲击参数对复合材料粘接结构进行强度校核。

A Shock Testing Device and Testing Method for Bonded Specimens in Full Service Temperature Range

The invention discloses an impact testing device for bonded specimens in full service temperature range, which comprises a fixed frame and a movable frame, a movable frame suspended in the center of the fixed frame by an elastic rope, a movable frame restrained by a linear bearing at the lower part of the movable frame, a bonded specimen installed between the movable frame and the fixed frame, and a hemispherical impact head of the impact testing machine impacts the movable frame to test bonding. The component is subjected to a vertical downward impact load, and the impact load acts axially on the bonded joint, thus ensuring the reliability of the test. The invention also discloses an impact test method for bonded specimens in full service temperature range, which does not need mechanical impact test in environmental box, reduces equipment cost, facilitates operation and ensures the reliability of experimental data. By testing the dynamic impact performance of bonded joints in full service temperature range, the mechanical impact under arbitrary temperature and impact rate can be obtained. Based on the mechanical impact parameters, the strength of the composite bonded structure was checked.

【技术实现步骤摘要】
一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置及测试方法
本专利技术属于粘接接头辅助冲击性能测试
，特别涉及一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置及测试方法。
技术介绍
碳纤维增强树脂基复合材料作为先进复合材料的一种，以其比强度高、比模量高等优越性能，广泛应用于航空航天、机械制造、汽车、能源等不同领域，并发展成为主承载工程材料。复合材料主要通过胶粘剂进行连接，而复合材料和胶粘剂对冲击损伤较敏感，在服役过程中极易产生冲击损伤，这些损伤可能导致结构件承载能力下降而提前失效。随着复合材料应用领域的扩大，对复合材料结构的抗冲击性能要求不要断提高，结构除承受外物冲击引起的动载荷外，还受环境的影响。复合材料构件承受各种冲击载荷的同时，也会受到不同温度场环境的影响，环境中如昼夜温差、季节温差、区域温差等影响材料的力学性能。然而，层压复合材料在低温和高温下的断裂特性与机理比室温下的要复杂得多，随着温度的变化，复合材料的极限抗拉强度、抗拉初始弹性模量、屈服应变和极限延伸率呈不同的上升或下降趋势，纤维增强复合材料强度也随之变化，从而对复合材料结构造成安全隐患。复合材料粘接结构在受到一定冲击载荷后，其结构强度还能否达到使用要求与乘客的生命安全息息相关，因此非常有必要对粘接结构的动态冲击性能进行研究。粘接结构的抗冲击性能往往通过复合材料粘接接头的动态冲击测试进行验证分析，并且复合材料承受的应力状况和所处的环境是决定复合材料冲击失效过程的关键，因此有必要全面了解纤维增强复合材料在不同温度场下的动态冲击行为。现有的冲击试验机也能对粘接接头进行动态冲击测试，但是存在明显的缺陷和不足：①现有的冲击试验机难以实现粘接接头沿轴向方向的冲击测试，且沿轴向冲击测试过程中粘接接头容易受到弯矩和扭矩的影响。②复合材料粘接结构在实际受到冲击时，会伴随着温度的影响，且影响非常显著，因此需要测试粘接接头在全服役温度区间内的动态冲击性能。③虽然也可在环境箱内进行力学冲击测试，但是需要空间非常大的环境箱，并且人员很难在箱内特殊环境中操作，不仅影响实验进程，且消耗人力物力。④实验过程中，受到试验装置质量和摩擦力的影响，冲击试验机作用到粘接接头的冲击力会有损耗，从而影响试验的可靠性。为了更好的测试粘接接头全服役环境区间内的冲击力学性能，对粘接接头进行不同温度条件下的冲击测试，有必要专利技术一种粘接接头的离线式辅助冲击测试装置及测试方法，适合全服役温度区间内的粘接接头冲击测试，对粘接接头进行不同温度场下的离线冲击测试，测试粘接接头在不同温度环境下的动态冲击性能。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是针对现有粘接接头动态冲击试验装置的缺陷，提供了一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其能够在粘接接头的轴向进行冲击测试，并且能够实现在环境箱之外对粘接接头进行全服役温度区间内的动态冲击测试。本专利技术的目的之二是提供一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试方法，其能够在环境箱之外完成全服役温度区间内的粘接接头冲击测试试验，得到粘接接头在不同温度环境下的动态冲击性能。本专利技术提供的技术方案为：一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，包括：第一固定板；第二固定板，其与所述第一固定板平行设置；多个固定杆，其两端分别固定连接所述第一固定板和所述第二固定板；受冲击板，其设置在所述第一固定板外侧；受力板，其设置在所述第一固定板及所述第二固定板之间，所述受力板与所述受冲击板平行；多个支撑轴，其分别可移动的穿过所述第一固定板，所述支撑轴的两端分别固定连接所述受冲击板和所述受力板；多个弹力绳，所述弹力绳的一端固定连接在所述支撑轴上，另一端固定连接在所述固定杆上；导向轴，其可移动的穿过所述第二固定板，所述导向轴的一端固定连接在所述受力板上；力传感器，其固定安装在所述第一固定板上；第一连接件，其一端与所述力传感器铰接；粘接试件，其一端与所述第一连接件的另一端铰接；第二连接件，其一端与所述粘接试件的另一端铰接；位移传感器，其固定安装在所述受力板上，所述位移传感器与所述第二连接件的另一端铰接；多个非接触式测温装置，其布设在所述固定杆的周围，用于测量所述粘接试件的温度；温度信号接收装置，其接收所述非接触式测温装置检测到的温度；冲击试验机，其接收所述力传感器和所述位移传感器检测得到的载荷和位移信息；其中，所述冲击试验机上设有冲击头，并通过所述冲击头向所述受冲击板施加冲击力。优选的是，所述粘接试件包括粘接接头和固定设置在所述粘接接头两端的夹持装置；所述粘接试件通过所述夹持装置与所述第一连接件及所述第二连接件铰接。优选的是，所述夹持装置包括第一夹持板和第二夹持板；其中，所述第一夹持板和所述第二夹持板相对固定连接在所述粘接接头的两侧。优选的是，所述第二固定板上设有直线轴承，所述导向轴匹配设置在所述直线轴承中。优选的是，所述受冲击板的外侧设有冲击凹槽，所述冲击头在所述冲击凹槽处施加冲击力。优选的是，所述第一连接件的两端分别设有第一销孔和第二销孔，并通过所述第一销孔与所述力传感器铰接，通过所述第二销孔与所述夹持装置铰接：其中，所述第一销孔与所述第二销孔的轴线相互垂直；所述第二连接件与所述第一连接件的结构相同，并与所述第一连接件对称设置。一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试方法，采用所述的全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，包括如下步骤：步骤一、设定全服役温度区间[Tmin～Tmax]，在所述全服役温度区间内设定多个测试温度；步骤二、选取测试温度，将粘接试件放入环境箱内，并根据所述测试温度将环境箱内的温度调整到TH，直到粘接接头的温度恒定；TH＝Ti+Δp×t；其中，Ti为测试温度，Δp为粘接接头与环境的热交换率，t为设定值，t≥5min；步骤三、对粘接接头进行冲击试验，在测试温度Ti作用下，通过冲击试验机施加冲击速率Vj，得到粘接接头在温度Ti和冲击速率Vj作用下的冲击断裂载荷Fij，并得到粘接接头的失效强度σij；其中，Fij为粘接接头的冲击断裂载荷；A为粘接接头的粘接面积。优选的是，在所述步骤一中，设定的测试温度为：其中，m为所述全服役温度区间划分成的区间数；Tmin为全服役温度区间的最低温度，Tmax为全服役温度区间的最高温度。优选的是，粘接接头与环境的热交换率为：其中，p1为粘接接头从环境箱取出时的温度，p2为粘接接头在环境箱外静置Δt时间后的温度。优选的是，在所述步骤三之后，还包括通过数据处理，得到温度、冲击速率及失效强度之间的二次多项式回归方程：S＝a0+a1U+a2T+a11U2+a22T2+a12UT；式中，S代表接头失效强度，U代表冲击速率，T代表温度，a0，a1，a2，a11，a22，a12代表二次多项式拟合参数。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过离线加载的方式进行冲击测试，测试不同服役温度环境下粘接接头的冲击性能，通过该方法测试粘接接头在全服役温度区间内的动态冲击性能，得到任意温度和冲击载荷作用下的力学冲击参数，基于该力学冲击参数能够对复合材料粘接结构进行强度校核。(2)本专利技术通过高低温湿热环境箱将粘接接头加热或冷却，拿出环境箱后通过非接触式红外测温探头实时测量粘接接头表面温度，待接头表面温度达到试验温度时进行冲击测试；不需要在环境箱内进行力学冲击测试，既降低了设备成本又收到节能的效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其特征在于，包括：第一固定板；第二固定板，其与所述第一固定板平行设置；多个固定杆，其两端分别固定连接所述第一固定板和所述第二固定板；受冲击板，其设置在所述第一固定板外侧；受力板，其设置在所述第一固定板及所述第二固定板之间，所述受力板与所述受冲击板平行；多个支撑轴，其分别可移动的穿过所述第一固定板，所述支撑轴的两端分别固定连接所述受冲击板和所述受力板；多个弹力绳，所述弹力绳的一端固定连接在所述支撑轴上，另一端固定连接在所述固定杆上；导向轴，其可移动的穿过所述第二固定板，所述导向轴的一端固定连接在所述受力板上；力传感器，其固定安装在所述第一固定板上；第一连接件，其一端与所述力传感器铰接；粘接试件，其一端与所述第一连接件的另一端铰接；第二连接件，其一端与所述粘接试件的另一端铰接；位移传感器，其固定安装在所述受力板上，所述位移传感器与所述第二连接件的另一端铰接；多个非接触式测温装置，其布设在所述固定杆的周围，用于测量所述粘接试件的温度；温度信号接收装置，其接收所述非接触式测温装置检测到的温度；冲击试验机，其接收所述力传感器和所述位移传感器检测得到的载荷和位移信息；其中，所述冲击试验机上设有冲击头，并通过所述冲击头向所述受冲击板施加冲击力。...

【技术特征摘要】
1.一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其特征在于，包括：第一固定板；第二固定板，其与所述第一固定板平行设置；多个固定杆，其两端分别固定连接所述第一固定板和所述第二固定板；受冲击板，其设置在所述第一固定板外侧；受力板，其设置在所述第一固定板及所述第二固定板之间，所述受力板与所述受冲击板平行；多个支撑轴，其分别可移动的穿过所述第一固定板，所述支撑轴的两端分别固定连接所述受冲击板和所述受力板；多个弹力绳，所述弹力绳的一端固定连接在所述支撑轴上，另一端固定连接在所述固定杆上；导向轴，其可移动的穿过所述第二固定板，所述导向轴的一端固定连接在所述受力板上；力传感器，其固定安装在所述第一固定板上；第一连接件，其一端与所述力传感器铰接；粘接试件，其一端与所述第一连接件的另一端铰接；第二连接件，其一端与所述粘接试件的另一端铰接；位移传感器，其固定安装在所述受力板上，所述位移传感器与所述第二连接件的另一端铰接；多个非接触式测温装置，其布设在所述固定杆的周围，用于测量所述粘接试件的温度；温度信号接收装置，其接收所述非接触式测温装置检测到的温度；冲击试验机，其接收所述力传感器和所述位移传感器检测得到的载荷和位移信息；其中，所述冲击试验机上设有冲击头，并通过所述冲击头向所述受冲击板施加冲击力。2.根据权利要求1所述的全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其特征在于，所述粘接试件包括粘接接头和固定设置在所述粘接接头两端的夹持装置；所述粘接试件通过所述夹持装置与所述第一连接件及所述第二连接件铰接。3.根据权利要求2所述的全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其特征在于，所述夹持装置包括第一夹持板和第二夹持板；其中，所述第一夹持板和所述第二夹持板相对固定连接在所述粘接接头的两侧。4.根据权利要求2或3所述的全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其特征在于，所述第二固定板上设有直线轴承，所述导向轴匹配设置在所述直线轴承中。5.根据权利要求4所述的全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置，其特征在于，所述受冲击板的外侧设有冲击凹槽，所述冲击头在所述冲击凹槽处施加冲击力。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：那景新，谭伟，慕文龙，秦国锋，栾建泽，申浩，高原，冯耀，浦磊鑫，杨佳宙，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22