本发明专利技术公开了一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置及方法，属于材料性能检测技术领域；本发明专利技术由底板、立柱、下剪压块、上剪压块、左夹持板、右夹持板、试件、横向定位板、压块、压板、压头组成，同时还提出了一种与上述装置相匹配的复合材料高温横向剪切力学性能测量方法，本发明专利技术解决了传统剪切夹具在高温环境中的对中性，以及试件易失稳、失效位置不正确等问题，大大提高了高温实验的精度和可靠性，为耐高温复合材料的应用提供必要支撑。为耐高温复合材料的应用提供必要支撑。为耐高温复合材料的应用提供必要支撑。
【技术实现步骤摘要】
一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及材料性能检测
，具体为一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置及方法。
技术介绍
[0002]近年来编织碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天和汽车制造领域的应用显着加速。作为一类新型轻质纺织复合材料与层压复合材料相比具有许多优势，例如出色的面外性能，更好的结构完整性和抗疲劳性。利用这些潜在优势可以制备得到曲率半径相对较大的航空发动机部件的叶片和机匣，但是许多由编织复合材料制成的航空发动机部件在长期使用寿命内经常在高温环境条件下承受循环载荷，最终导致温度相关的疲劳损伤。这些材料的力学性能取决于制造过程中可能产生的纤维褶皱、交错等工艺缺陷，或是编制复合材料自身结构引起的固有缺陷，例如纬向联锁等现象。除此之外，编织复合材料的剪切变形能够极大的影响其他力学性能(拉伸和弯曲)，因此研究编织复合材料在不同温度、不同制备工艺下的剪切力学性能至关重要。
[0003]但目前在高温环境中尚无可靠的测量复合材料横向剪切力学性能实验设备和方法。传统用来测量复合材料剪切力学性能的实验方法是ASTMD4255标准中描述的双轨道剪切，但该标准无法保证标距区域内均匀的剪切应力，以及主要用于单向(UD)复合材料或更均匀材料的简单扭力杆实验。一种广泛使用的测试方法是ASTMD5379标准中描述的Iosipescu剪切试验方法。它的试验夹具由一个复合梁组成，该梁具有几个V形凹口，目的是将应力集中在它们之间的区域。该试件入夹具中，夹具通过弯曲将载荷传递到试件。
[0004]尽管该方法可以适用于测量不同铺层的复合材料剪切力学性能，包括面内剪切和面外剪切性能，但仍表现出一系列缺点。一方面，复合材料试件不仅会受到剪切变形的影响，由于试件厚度尺寸的限制，在压缩过程中不可避免的会产生失稳现象，导致试件受到额外的弯曲载荷，无法传递理想的剪切载荷完全作用在试件上。另一方面，研究表明复合材料的横向剪切强度主要由树脂基体的性能决定，树脂作为典型的高分子材料表现出极强的温度相关性。在测量高温横向剪切力学性能试验时，温度升高导致树脂基体内的高分子流动性增强，树脂呈现出粘弹性效应会使树脂基体的刚度和强度大幅下降使得试件往往在几何过渡区提前失效，不能得到真正的复合材料高温横向剪切力学性能。除此之外，测量复合材料剪切力学性能最关键的是试验机主轴应该能够和试件中心完美对中，否则会引入弯曲或扭转力矩导致无法提取纯剪切的实验结果。传统剪切试验夹具一般将夹具的上下两部分分别和力学试验机的上下横梁相连，这样夹具载荷的传递极大的取决于试验机的同轴度。但高温环境下由于温度梯度的存在，导致上下轴的导向杆产生不一致的膨胀量，最终无法保证高温环境中的可靠对齐。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提出一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置及方法。
技术实现思路
[0006]1、本专利技术要解决的技术问题
[0007]本专利技术的目的在于提供一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置及方法，以解决传统剪切夹具在高温环境中的对中性，以及试件易失稳、失效位置不正确等问题，大大提高了高温实验的精度和可靠性，为耐高温复合材料的应用提供必要支撑。
[0008]2、技术方案
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置，包括有底板，所述底板上设置有光孔，所述光孔内插接有立柱，所述立柱上端套接有上剪压块；所述底板上还设置有下剪压块，所述下剪压块通过螺栓固定安装在底板上；所述下剪压块与上剪压块的剪切槽内放置有试件，所述下剪压块上设置有三角定位槽，所述三角定位槽内固定安装有横向定位板，所述试件的中间位置处设置有定位凹槽，所述定位凹槽与横向定位板相匹配；所述下剪压块的左侧紧贴安装有压板，所述压板紧贴试件，所述试件上设置有压块，所述压块的右侧边与下剪压块齐平；所述试件远离下剪压块一端紧贴放置在上剪压块内，所述压块左侧边与上剪压块齐平；
[0011]所述下剪压块上通过螺栓固定安装有左夹持板，所述上剪压块上通过螺栓固定安装有右夹持板，所述左夹持板和右夹持板上均设置有螺纹孔，所述螺纹孔内螺旋连接有调节压紧螺栓，所述左夹持板和右夹持板上的调节压紧螺栓的末端均与压板相接触；所述立柱上方端部螺旋连接有限位螺栓，所述上剪压块上螺旋连接有压头。
[0012]优选地，所述立柱采用耐高温聚酰亚胺树脂复合材料缠绕成型金属光杆制成，所述复合材料层与金属光杆之间设置有氟橡胶缓冲层。
[0013]优选地，所述左夹持板和右夹持板采用耐高温聚酰亚胺树脂复合材料缠绕成型金属板共固化制成，所述复合材料层与金属板之间设置有过渡层，所述过渡层的厚度≤0.2mm。
[0014]优选地，所述压板的厚度为5～10mm。
[0015]优选地，所述压板由结构功能一体化的整体式夹心热防护复合材料制成；所述压板包括有上面板、下面板和芯层，其中，所述上面板和下板面由由薄壁2.5D编织石英织物/高铝纤维织物增强氧化硅基复合材料制成，所述芯层由厚截面多孔纤维毡增强氧化硅气凝胶隔热材料制成，所述上面板、芯层、下面板自上而下通过氟橡胶膜粘连。
[0016]优选地，所述氟橡胶膜中添加有增韧剂，所述增韧剂占胶膜质量的比例为3％～5％。
[0017]一种复合材料高温横向剪切力学性能测量方法，包括以下步骤：
[0018]S1、根据实验要求选择试件尺寸，并根据试验载荷工况和环境温度制备合适的整体式防隔热盖板；
[0019]S2、将试件放置在装置本体中，并将整个装置本体放置在实验机上，调整装置本体保证底板水平，然后将底板1光孔朝上，将立柱2无螺纹孔的一端向下对准光孔压入底板1中，接着将上剪压块4套接到立柱2上待用；
[0020]S3、将横向定位板对准下剪压块的三角定位槽中，保证试件和载荷准确对中；
[0021]S4、将左夹持板的上的安装孔对准下剪压块上的四个螺纹孔，并将压板压紧试件，
最后用固定螺栓拧到下剪压块上；待安装完毕后，将横向定位板从下剪压块上的三角定位槽内拔出；
[0022]S5、将压块紧贴上剪压块内，将压块左侧边与上剪压块齐平后将右夹持板用固定螺栓安装到上剪压块上；然后调节压紧螺栓通过压块将试件压紧；
[0023]S6、将限位螺栓螺旋安装到立柱端部，并将压头螺旋安装到上剪压块上，完成夹具安装；
[0024]S7、操作控制器进行力学性能测试实验准备工作；
[0025]S8、操作温控箱，根据要求设置升温曲线、升温速率和保温时间；
[0026]S9、当环境温度达到预设要求后，启动实验机开始加载，启用位移控制，并记录加载时间、位移和力值；
[0027]S10、加载结束后，操作温控箱，等待温度降至室温后取出测试装置，记录试件破坏情况并完成数据处理。
[0028]3、有益效果
[0029](1)本专利技术采用结构功能一体化的整体式夹心热防护复合材料制成盖板。既能当作加强片保护试件，又能本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置，其特征在于，包括有底板(1)，所述底板(1)上设置有光孔，所述光孔内插接有立柱(2)，所述立柱(2)上端套接有上剪压块(4)；所述底板(1)上还设置有下剪压块(3)，所述下剪压块(3)通过螺栓固定安装在底板(1)上；所述下剪压块(3)与上剪压块(4)的剪切槽内放置有试件(7)，所述下剪压块(3)上设置有三角定位槽，所述三角定位槽内固定安装有横向定位板(8)，所述试件(7)的中间位置处设置有定位凹槽，所述定位凹槽与横向定位板(8)相匹配；所述下剪压块(3)的左侧紧贴安装有压板(10)，所述压板(10)紧贴试件(7)，所述试件(7)上设置有压块(9)，所述压块(9)的右侧边与下剪压块(3)齐平；所述试件(7)远离下剪压块(3)一端紧贴放置在上剪压块(4)内，所述压块(9)左侧边与上剪压块(4)齐平；所述下剪压块(3)上通过螺栓固定安装有左夹持板(5)，所述上剪压块(4)上通过螺栓固定安装有右夹持板(6)，所述左夹持板(5)和右夹持板(6)上均设置有螺纹孔，所述螺纹孔内螺旋连接有调节压紧螺栓，所述左夹持板(5)和右夹持板(6)上的调节压紧螺栓的末端均与压板(10)相接触；所述立柱(2)上方端部螺旋连接有限位螺栓(12)，所述上剪压块(4)上螺旋连接有压头(11)。2.根据权利要求1所述的一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置，其特征在于，所述立柱(2)采用耐高温聚酰亚胺树脂复合材料缠绕成型金属光杆制成，所述复合材料层与金属光杆之间设置有氟橡胶缓冲层。3.根据权利要求1所述的一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置，其特征在于，所述左夹持板(5)和右夹持板(6)采用耐高温聚酰亚胺树脂复合材料缠绕成型金属板共固化制成，所述复合材料层与金属板之间设置有过渡层，所述过渡层的厚度≤0.2mm。4.根据权利要求1所述的一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置，其特征在于，所述压板(10)的厚度为5～10mm。5.根据权利要求1所述的一种复合材料高温横向剪切力学性能测量装置，其特征在于，所述压板(10)由结构功能一体化的整体式...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝自清，刘刘，刘贤冲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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