本发明专利技术提供一种结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具及使用方法，涉及复合材料载荷与环境耦合服役条件的技术装置领域。夹具包括底板、支座、立柱、压杆、压板和弹簧；弹簧套设于压杆的圆柱体段，随后将压杆圆柱体段留出部分套设于压板中间圆孔位置；压板两端圆柱通孔套设于两侧立柱；通过压板下压将载荷传递至压杆上的弹簧，进一步将弹簧载荷传递至试样。在不长期占用力学试验机、无需传载器等电子设备的情况下，对复合材料提供精确稳定的三点弯曲载荷，可实现复合材料承受载荷耦合环境因素的服役条件。的服役条件。的服役条件。
【技术实现步骤摘要】
一种结构传载一体化的复合材料三点弯曲夹具及使用方法
[0001]本专利技术涉及复合材料载荷与环境耦合服役条件的技术装置领域，特别是涉及结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具及使用方法。
技术介绍
[0002]在现代材料科学与技术的发展历程中，复合材料由于具有质轻高强等固有特性，其应用领域和应用范围越来越广。在实际服役环境下，复合材料往往需要承受弯曲应力的作用，尤其是承受单一压头施加压力的三点弯曲应力。因此对于复合材料在服役环境下承受三点弯曲载荷情况的模拟试验，不仅具有理论意义，更有着实际应用意义。在不同环境条件下，对于复合材料承受长时三点弯曲载荷作用条件的探究较少，主要的难点一方面是无法长时占用力学试验机对复合材料施加三点弯曲载荷作用，另一方面是由于传载器、数字显示器等电子仪器无法在一些极端环境条件下正常工作，使得对复合材料试样的持续三点弯曲载荷与环境作用不能有效进行耦合。
[0003]该三点弯曲试验装置可以在高温、低温、高盐、高水压、高辐照环境下，对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料施加准确定量、稳定的三点弯曲载荷，对于复合材料在极端环境下承受三点弯曲载荷情况的模拟试验具有重大意义。
技术实现思路
[0004]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具及使用方法，以在高温、低温、高盐、高水压、高辐照环境下对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料试样施加准确定量的三点弯曲载荷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，包括底板、支座、立柱、压杆、压板和弹簧；所述底板设有两对螺纹通孔；所述支座和立柱固定于底板上；所述弹簧套设于压杆上，弹簧长度小于压杆圆柱体长度；所述压板套设于立柱与压杆之上；所述螺母套设于立柱，通过压板向压杆上的弹簧施加压缩载荷，进而将载荷通过压杆的压头部分传递至试样。
[0007]可选的，所述底板设有第一螺纹通孔；所述支座上部与试样接触部分呈半圆柱体，直径与待处理试样三点弯曲实验标准中支座直径保持一致；所述支座下部设有第一螺纹孔，第一螺纹孔直径与第一螺纹通孔相同，通过第一固定螺丝将第一螺纹孔与第一螺纹通孔相连接，实现底板与支座紧配，紧配后第一固定螺丝不突出底板，底板平面保持水平；为达到载荷条件的标准化，所述两个支座中心点之间距离依据待处理试样三点弯曲实验标准，以满足试样跨距要求。
[0008]可选的，所述底板的底面和顶面及所述支座的表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8
‑
3.2。
[0009]可选的，所述底板设有第二螺纹通孔，所述立柱与第二螺纹通孔通过螺纹实现紧
配。
[0010]可选的，所述压杆上部为细长圆柱体，下部呈半圆柱体，半圆柱体高度方向剖面与细长圆柱体底面共面。
[0011]可选的，所述压杆圆柱体表面和下部压头表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8
‑
3.2。
[0012]可选的，所述压板设有第一圆柱通孔，所述第一圆柱通孔分布于压板两端，直径略大于立柱直径，所述立柱贯穿第一圆柱通孔，所述压板可在长螺杆上自由移动。所述压板设有第二圆柱通孔，所述第二圆柱通孔位于压板中心位置，直径略大于所述压杆圆柱体直径。
[0013]可选的，所述压板的顶面和底面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8
‑
3.2。
[0014]可选的，所述压板向压杆上弹簧传载的过程，可以通过多种下压方式实现。其中包括，对螺杆设置锯齿，往下按压压板使弹簧达到目标压缩量时，通过螺杆上的锯齿实现压板与螺杆的自动锁合；在压板下降目标压缩量时，通过钳口为锯齿形的夹持钳与螺杆上的螺纹实现紧密啮合，固定压板位置；通过锁销设置，固定压板下压后的精确位置；通过在螺杆上套设螺母，下压压板后并固定压板位置。优选使用螺母的下压及固定方式，可根据不同试验情形进行优选。
[0015]可选的，所述弹簧套设于压杆，所述螺母套设于立柱并置于压板上表面。
[0016]本专利技术还公开一种上述的载荷与环境耦合作用的复合材料三点弯曲夹具的使用方法，包括以下步骤：
[0017](1)将待用弹簧固定在力学试验机中，对其进行压缩校准，得到该弹簧的载荷
‑
位移数据表，进而可以得出压缩弹簧的位移量与载荷力值之间的对应关系，可精确到0.001N；
[0018](2)由复合材料试样的宽度与厚度，以及复合材料试样的极限三点弯曲载荷，计算出复合材料试样所要承受的目标三点弯曲载荷，即为目标弹簧载荷，再进一步换算为实现该载荷条件所需的弹簧压缩量；
[0019](3)将复合材料试样水平居中放置在两支座上，调整使试样在支座两端留出的长度相等；
[0020](4)将弹簧套设于压杆，并通过压杆上部圆柱体留出弹簧之外的部分套入压板中间的圆柱通孔。将压杆下部的压头置于试样上表面，并调整位置使下部压头圆柱体高度方向居中覆盖试样。随后，通过压板两侧的圆柱形通孔，将压板套设于两侧立柱之上。
[0021](5)分别将螺母套设于两根立柱，置于压板上表面。调节螺母在长螺杆上的垂直位置，使压板与弹簧接触，且弹簧不产生压缩量，此时利用游标卡尺测量压板下表面与压杆的压头上表面的距离，记为弹簧初始长度；
[0022](6)通过开口扳手调节螺母位置，使螺母向底板方向靠近，对弹簧施加压缩载荷。在调节过程中，保证两个螺母旋钮下降的位移保持一致，使得压板与底板保持平行关系，确保传递至压杆上弹簧的载荷稳定准确。当压板下表面与压杆的压头上表面达到弹簧压缩量时，停止调节螺母，此时复合材料试样承受定量的目标三点弯曲载荷；
[0023]可选的，可依据试验测试标准，制备树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料，将复合材料安装到该三点弯曲装置中，施加定量三点弯曲载荷。
[0024]可选的，将该三点弯曲装置放置于模拟服役的极端环境中，该极端环境为高温或
低温或高盐或高水压或高辐照环境，或上述环境中任意一种或两种以上的组合或交替进行。
[0025]可选的，在极端环境中放置预定时间后，将复合材料试样表面擦拭干净，并进行三点弯曲测试。将复合材料试样放入力学试验机中，三点弯曲直至断裂，计算复合材料试样的最大三点弯曲载荷，与服役前最大三点弯曲载荷进行对比，计算三点弯曲性能保留率。
[0026]可选的，在极端环境中放置预定时间后，将复合材料试样表面擦拭干净，并进行四点弯曲测试。将复合材料试样放入力学试验机中，弯曲直至断裂，计算复合材料试样的最大四点弯曲载荷，与服役前最大四点弯曲载荷进行对比，计算四点弯曲性能保留率。
[0027]本专利技术还要求保护所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具的用途，用于对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料施加准确定量的三点弯曲载荷，进行在极端环境下承受三点弯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，其特征在于，包括底板、支座、立柱、压杆、压板和弹簧；所述支座和立柱固定于底板上；试样设置于所述支座上；所述弹簧套设于压杆上，弹簧长度小于压杆圆柱体长度；所述压杆的压头部分弧面顶端接触试样；所述压板套设于立柱与压杆之上；通过压板向压杆上的弹簧施加压缩载荷，进而将载荷通过压杆的压头部分传递至试样。2.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，其特征在于，所述底板设有第一螺纹通孔；所述支座上部与试样接触部分呈半圆柱体，弧面顶端支撑在试样上，半圆柱体的高度略大于试样的宽度；所述支座下部设有第一螺纹孔，第一螺纹孔直径与第一螺纹通孔相同，通过第一固定螺丝将第一螺纹孔与第一螺纹通孔相连接，实现底板与支座紧配，紧配后第一固定螺丝不突出底板，底板平面保持水平。3.根据权利要求2所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，其特征在于，所述底板的底面和顶面及所述支座的表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8
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3.2。4.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，其特征在于，所述底板设有第二螺纹通孔，所述立柱与第二螺纹通孔通过螺纹实现紧配，紧配后立柱第二螺纹段不突出底板，底板平面保持水平。5.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，其特征在于，所述压杆上部为细长圆柱体，下部压头部分呈半圆柱体，半圆柱体高度方向剖面与细长圆柱体底面共面，半圆柱体的弧面顶端抵靠在试样上，半圆柱体的高度略大于试样的宽度；所述压杆细长圆柱体表面及下部压头表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8
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3.2。6.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具，其特征在于，所述压板为长方体，压板上设有三个圆柱通孔，两端的圆柱通孔套设于立柱，压杆的细长圆柱体套设于中间的圆柱通孔。7.权利要求1
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6任一项所述的结构传载一体化的复合材料三点弯曲加载夹具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将待用弹簧固定在力学试验机中，对其进行压缩校准，得到该弹簧的载荷
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位移数据表，得出压缩弹簧的位移量与载荷力值之间的对应关系；(2)由复合材料试样的宽度与厚度，以...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，范燕生，王艳洁，顾轶卓，王绍凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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