本发明专利技术涉及一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置及方法，包括面内剪切试样、面内剪切试样对中制样装置、面内剪切夹具以及观测装置；面内剪切试样由薄片形陶瓷基纤维束复合材料、两片加强片以及两片盖板组成；面内剪切试样对中制样装置包括基板和L形对中角块，面内剪切夹具有两组，包括夹持头、夹具主体、夹具推板、夹紧把手和限位盖板，夹具主体设有夹持腔，面内剪切试样的左右两个加强片分别放入左右两个夹持腔中固定，薄片形陶瓷基纤维束复合材料的中部裸露在两个夹具主体之间，工业相机能拍摄薄片形陶瓷基纤维束复合材料的中部裸露位置。本发明专利技术具有可以实现陶瓷基纤维束复合材料面内剪切应力‑应变数据的测量的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置及方法
本专利技术属于复合材料力学行为试验领域，具体涉及一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置和方法。
技术介绍
编织陶瓷基复合材料耐温性能好、比强度高、密度低并将具有很强的可设计，是先进航空发动机热端部件的优选材料,具有广阔的应用前景。编织陶瓷基复合材料的主要承力单元为内部的纱线部分，即陶瓷基纤维束复合材料。在服役过程中编织陶瓷基复合材料部件不仅承受拉伸载荷，还会承受剪切载荷。因此编织陶瓷基复合材料的基本承力单元——陶瓷基纤维束复合材料同样也会承受拉伸和剪切载荷的作用。陶瓷基纤维束复合材料作为一种各向异性材料，其拉伸和剪切载荷作用下的损伤机制不同，因而表现出了不同的力学行为。陶瓷基纤维束复合材料的力学试验数据是建立其力学模型的基础，但是由于陶瓷基纤维束复合材料的特殊性，对其开展力学试验并非易事。现有技术仅能实现陶瓷基纤维束复合材料的轴向拉伸力学试验。虽然陶瓷基纤维束复合材料和单向陶瓷基复合材料都属于单向纤维增强复合材料，但两者在尺寸、几何形貌、失效载荷以及加工成型能力等方面差异较大。例如，常规的陶瓷基纤维束复合材料的几何外形为不规则的细长圆柱并且尺寸较小，并且难以进行二次加工。而单向陶瓷基复合材料可以制成尺寸较大的平板或圆棒，通过机械加工的方式可以方便的得到复杂几何外形的试样。因此，对于陶瓷基纤维束复合材料的剪切力学试验来说，诸如ASTMD7078、C1292-16、D3518、D4255、D5379、D2344、D5448、D3846-08等针对单向复合材料的剪切试验方法并不适用。因此，有必要提供一种新型的可开展陶瓷基纤维束复合材料面内剪切的装置以及试验方法，实现陶瓷基纤维束复合材料剪切数据的准确获取。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种能够用于陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验的装置和方法，以实现陶瓷基纤维束复合材料面内剪切应力-应变数据的测量。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置，其中：包括面内剪切试样、面内剪切试样对中制样装置、面内剪切夹具以及观测装置；面内剪切试样由薄片形陶瓷基纤维束复合材料、两片加强片以及两片盖板组成；加强片的一角向外伸出有阶梯形结构，两片加强片左右相对设置，使得两个加强片的阶梯形结构一前一后地位于两个加强片之间，薄片形陶瓷基纤维束复合材料前端和后端分别放置在两个阶梯形结构上，两片盖板盖合在相应的阶梯形结构上将薄片形陶瓷基纤维束复合材料压住，阶梯形结构、薄片形陶瓷基纤维束复合材料和盖板之间通过胶黏的方式相互固定，薄片形陶瓷基纤维束复合材料的中部未被阶梯形结构和盖板压住从而裸露在外，并喷制有散斑，面内剪切试样对中制样装置包括基板和L形对中角块，基板由铁磁性材料制作，基板的表面为平面；L形对中角块有四个，这四个L形对中角块由磁性材料制作，L形对中角块能吸附在基板表面，共同合围成对中区域，L形对中角块分别为该对中区域的四角，面内剪切试样能放置在对中区域中，对中区域的前后方向长度与加强片前后方向长度相等，对中区域左右方向长度不小于固定了薄片形陶瓷基纤维束复合材料后的面内剪切试样的左右方向长度，面内剪切夹具有两组，包括夹持头、夹具主体、夹具推板、夹紧把手和限位盖板，夹具主体设有夹持腔，该夹持腔使夹具主体呈C形结构，夹具主体的顶面与夹持头连接，夹持头与拉伸试验机的夹头连接，夹具主体的两个开口侧面分别设有固定凸，夹具主体的一个封闭侧面开设有与夹持腔贯通的螺纹通孔和圆形通孔，夹具推板包括推板、盲孔和光滑圆柱，光滑圆柱固定在推板面向封闭侧面的一侧，盲孔开设在推板面向封闭侧面的一侧，推板位于夹持腔中，光滑圆柱滑动插入圆形通孔中，使得推板能在夹持腔中靠近或远离夹具主体的封闭侧面，夹紧把手包括依次连接的把手、螺纹段和锥形头，螺纹段穿在螺纹通孔中，锥形头穿入盲孔中，把手位于封闭侧面的外侧，把手转动时，螺纹段与螺纹通孔配合，使得整个夹紧把手能带动推板靠近或远离夹具主体的封闭侧面，限位盖板上设置有缺口，该缺口与开口侧面的固定凸配合，使限位盖板固定盖合在开口侧面上，两组面内剪切夹具左右对称放置，面内剪切试样的左右两个加强片分别放入左右两个夹持腔中，并由相应的推板上下压紧固定，限位盖板对加强片前后定位，薄片形陶瓷基纤维束复合材料的中部裸露在两个夹具主体之间，两个夹持头能在拉伸试验机的夹头的作用下，牵拉夹具主体，观测装置包括工业相机和计算机，工业相机能拍摄薄片形陶瓷基纤维束复合材料的中部裸露位置，并将图片发送至计算机。为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：加强片由质轻的非金属材料制成。阶梯形结构、薄片形陶瓷基纤维束复合材料和盖板之间通过环氧树脂胶相互固定。夹持头包括夹持头外螺纹端和夹持头无螺纹端，夹具主体的顶面开设有顶面通孔，夹持头外螺纹端与顶面通孔螺纹固定连接，夹持头无螺纹端与拉伸试验机的夹头连接。开口侧面设置的固定凸为三个三角形突起，两个设置在开口侧面的一侧，一个设置在开口侧面的另一侧，相应的，限位盖板上设置的缺口为三个三角形缺口，两个设置在限位盖板的一侧，一个设置在限位盖板的另一侧，三角形突起和三角形缺口位置上一一对应。加强片放入左右两个夹持腔中后，加强片通过双面胶与夹持腔粘附固定。工业相机上设置有补光灯和镜头，镜头用于捕捉图像，补光灯用于对拍照区域补光。陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置的试验方法，包括以下步骤：步骤1：通过将纤维束展平的方式得到薄片形纤维束预制体，然后依次在薄片形纤维束预制体上制备界面和基体得到薄片形陶瓷基纤维束复合材料；步骤2：按照加强片的宽度尺寸切割薄片形陶瓷基纤维束复合材料；步骤3：将L形对中角块吸附在基板上，调整吸附位置保证L形对中角块内侧围成一个规则的长方形区域；步骤4：调整L形对中角块之间的相对距离，使L形对中角块所围成区域在基板宽度方向的距离等于加强片的宽度，使L形对中角块所围成区域在基板长度方向长能够放入两片加强片和一片薄片形陶瓷基纤维束复合材料；步骤5：将两片加强片固定在L形对中角块所围成的对中区域内；步骤6：在加强片的阶梯形结构上涂抹环氧树脂胶并放入薄片形陶瓷基纤维束复合材料；步骤7：在薄片形陶瓷基纤维束复合材料上表面与阶梯形结构相对的位置涂抹环氧树脂胶，然后盖上盖板；步骤8：待环氧树脂胶完全凝固后取下面内剪切试样；步骤9：在面内剪切试样薄片形陶瓷基纤维束复合材料的测试位置使用白色哑光自喷漆喷制散斑；步骤10：将夹持头与夹具主体相连，然后用拉伸试验机的夹头夹住夹持头；步骤11：在面内剪切试样加强片的一侧表面铺设双面胶；步骤12：将限位盖板通过三角形缺口和三角形突起安装在夹具主体上；步骤13：将面内剪切试样推入夹具主体中，具有双面胶的一侧与夹具主体的内侧面相对；步骤14：通过限位盖板完成面内剪切试样在宽度方向的定位，然后轻压面内剪切试样，使其通过双面胶初步地固定在夹具主体上；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置，其特征是：包括面内剪切试样、面内剪切试样对中制样装置、面内剪切夹具以及观测装置；所述的面内剪切试样由薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)、两片加强片(2)以及两片盖板(3)组成；加强片(2)的一角向外伸出有阶梯形结构(201)，两片加强片(2)左右相对设置，使得两个加强片(2)的阶梯形结构(201)一前一后地位于两个加强片(2)之间，所述的薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)前端和后端分别放置在两个阶梯形结构(201)上，两片盖板(3)盖合在相应的阶梯形结构(201)上将薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)压住，所述的阶梯形结构(201)、薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)和盖板(3)之间通过胶黏的方式相互固定，所述的薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)的中部未被阶梯形结构(201)和盖板(3)压住从而裸露在外，并喷制有散斑，所述的面内剪切试样对中制样装置包括基板(5)和L形对中角块(6)，所述的基板(5)由铁磁性材料制作，基板(5)的表面为平面；所述的L形对中角块(6)有四个，这四个L形对中角块(6)由磁性材料制作，L形对中角块(6)能吸附在基板(5)表面，共同合围成对中区域(601)，L形对中角块(6)分别为该对中区域(601)的四角，面内剪切试样能放置在对中区域(601)中，对中区域(601)的前后方向长度与加强片(2)前后方向长度相等，对中区域(601)左右方向长度不小于固定了薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)后的面内剪切试样的左右方向长度，所述的面内剪切夹具有两组，包括夹持头(7)、夹具主体(8)、夹具推板(9)、夹紧把手(10)和限位盖板(11)，夹具主体(8)设有夹持腔，该夹持腔使夹具主体(8)呈C形结构，夹具主体(8)的顶面(801)与夹持头(7)连接，夹持头(7)与拉伸试验机的夹头(1201)连接，夹具主体(8)的两个开口侧面(802)分别设有固定凸，夹具主体(8)的一个封闭侧面(803)开设有与夹持腔贯通的螺纹通孔(803a)和圆形通孔(803b)，所述的夹具推板(9)包括推板(901)、盲孔(902)和光滑圆柱(903)，所述的光滑圆柱(903)固定在推板(901)面向封闭侧面(803)的一侧，盲孔(902)开设在推板(901)面向封闭侧面(803)的一侧，所述的推板(901)位于夹持腔中，光滑圆柱(903)滑动插入圆形通孔(803b)中，使得推板(901)能在夹持腔中靠近或远离夹具主体(8)的封闭侧面(803)，所述的夹紧把手(10)包括依次连接的把手(1001)、螺纹段(1002)和锥形头(1003)，所述的螺纹段(1002)穿在螺纹通孔(803a)中，锥形头(1003)穿入盲孔(902)中，把手(1001)位于封闭侧面(803)的外侧，把手(1001)转动时，螺纹段(1002)与螺纹通孔(803a)配合，使得整个夹紧把手(10)能带动推板(901)靠近或远离夹具主体(8)的封闭侧面(803)，所述的限位盖板(11)上设置有缺口，该缺口与开口侧面(802)的固定凸配合，使限位盖板(11)固定盖合在开口侧面(802)上，两组面内剪切夹具左右对称放置，面内剪切试样的左右两个加强片(2)分别放入左右两个夹持腔中，并由相应的推板上下压紧固定，限位盖板(11)对加强片(2)前后定位，薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)的中部裸露在两个夹具主体(8)之间，两个夹持头(7)能在拉伸试验机的夹头(1201)的作用下，牵拉夹具主体(8)，所述的观测装置包括工业相机(14)和计算机(16)，所述的工业相机(14)能拍摄薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)的中部裸露位置，并将图片发送至计算机(16)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置，其特征是：包括面内剪切试样、面内剪切试样对中制样装置、面内剪切夹具以及观测装置；所述的面内剪切试样由薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)、两片加强片(2)以及两片盖板(3)组成；加强片(2)的一角向外伸出有阶梯形结构(201)，两片加强片(2)左右相对设置，使得两个加强片(2)的阶梯形结构(201)一前一后地位于两个加强片(2)之间，所述的薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)前端和后端分别放置在两个阶梯形结构(201)上，两片盖板(3)盖合在相应的阶梯形结构(201)上将薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)压住，所述的阶梯形结构(201)、薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)和盖板(3)之间通过胶黏的方式相互固定，所述的薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)的中部未被阶梯形结构(201)和盖板(3)压住从而裸露在外，并喷制有散斑，所述的面内剪切试样对中制样装置包括基板(5)和L形对中角块(6)，所述的基板(5)由铁磁性材料制作，基板(5)的表面为平面；所述的L形对中角块(6)有四个，这四个L形对中角块(6)由磁性材料制作，L形对中角块(6)能吸附在基板(5)表面，共同合围成对中区域(601)，L形对中角块(6)分别为该对中区域(601)的四角，面内剪切试样能放置在对中区域(601)中，对中区域(601)的前后方向长度与加强片(2)前后方向长度相等，对中区域(601)左右方向长度不小于固定了薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)后的面内剪切试样的左右方向长度，所述的面内剪切夹具有两组，包括夹持头(7)、夹具主体(8)、夹具推板(9)、夹紧把手(10)和限位盖板(11)，夹具主体(8)设有夹持腔，该夹持腔使夹具主体(8)呈C形结构，夹具主体(8)的顶面(801)与夹持头(7)连接，夹持头(7)与拉伸试验机的夹头(1201)连接，夹具主体(8)的两个开口侧面(802)分别设有固定凸，夹具主体(8)的一个封闭侧面(803)开设有与夹持腔贯通的螺纹通孔(803a)和圆形通孔(803b)，所述的夹具推板(9)包括推板(901)、盲孔(902)和光滑圆柱(903)，所述的光滑圆柱(903)固定在推板(901)面向封闭侧面(803)的一侧，盲孔(902)开设在推板(901)面向封闭侧面(803)的一侧，所述的推板(901)位于夹持腔中，光滑圆柱(903)滑动插入圆形通孔(803b)中，使得推板(901)能在夹持腔中靠近或远离夹具主体(8)的封闭侧面(803)，所述的夹紧把手(10)包括依次连接的把手(1001)、螺纹段(1002)和锥形头(1003)，所述的螺纹段(1002)穿在螺纹通孔(803a)中，锥形头(1003)穿入盲孔(902)中，把手(1001)位于封闭侧面(803)的外侧，把手(1001)转动时，螺纹段(1002)与螺纹通孔(803a)配合，使得整个夹紧把手(10)能带动推板(901)靠近或远离夹具主体(8)的封闭侧面(803)，所述的限位盖板(11)上设置有缺口，该缺口与开口侧面(802)的固定凸配合，使限位盖板(11)固定盖合在开口侧面(802)上，两组面内剪切夹具左右对称放置，面内剪切试样的左右两个加强片(2)分别放入左右两个夹持腔中，并由相应的推板上下压紧固定，限位盖板(11)对加强片(2)前后定位，薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)的中部裸露在两个夹具主体(8)之间，两个夹持头(7)能在拉伸试验机的夹头(1201)的作用下，牵拉夹具主体(8)，所述的观测装置包括工业相机(14)和计算机(16)，所述的工业相机(14)能拍摄薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)的中部裸露位置，并将图片发送至计算机(16)。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置，其特征是：所述的加强片(2)由质轻的非金属材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置，其特征是：所述的阶梯形结构(201)、薄片形陶瓷基纤维束复合材料(1)和盖板(3)之间通过环氧树脂胶(4)相互固定。
4.根据权利要求3所述的一种陶瓷基纤维束复...
【专利技术属性】
技术研发人员：于国强，宋迎东，高希光，谢楚阳，杜金康，刘晨阳，贾蕴发，
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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。