一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置与测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于复合材料测试方法领域，公开了一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置与测试方法

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置与测试方法


[0001]本专利技术提供一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置与测试方法，属于复合材料测试方法领域
。

技术介绍

[0002]复合材料具有重量轻
、
强度高
、
耐腐蚀
、
耐高温等优点，在航空航天船舶海洋等领域的应用越来越广泛
。
通过试验和理论方法评定复合材料制件的力学性能是结构设计的基础，国内外针对复合材料的基本力学性能测试制定了诸如国标
、ASTM
标准
、
航标或企标等，但各类标准主要针对单向受载情况来制定的，如用于测试复合材料拉伸性能的
GB/T 3354
‑
1999、ASTM D3039/D3039M
‑
08、HB6740
‑
1993
等，用于测试复合材料单向压缩性能的
ASTM D695
‑
2015
等
、
用于测试复合材料弯曲性能的
GB/T 1449
‑
2005、ASTM D5023
‑
07
等
。
对于复合材料双向受载状态的研究，一方面集中于理论研究，另一方面则主要针对复合材料平板制件双向拉伸载荷作用下的性能测试，如国家专利技术专利
CN201610527437X“一种复合材料层合板双轴向拉伸性能的测试方法与流程”就是设计了一种复合材料层合板双轴向拉伸试验件方案及其双轴向拉伸性能测试方法
。
服役于深海的复合材料耐压结构通常为圆筒形，受静水压力的影响材料通常承受双向压缩载荷的作用
。
而现实中，对于复合材料弧形制件双向受压状态的研究甚少，试验研究则未见报道
。
这主要是因为复合材料弧形制件双向受压试验没有现成的试验平台，同时缺少相应的试验标准做参考，所以实施起来非常困难
。
但对于复合材料耐压结构来说，其受载失效过程极其复杂，而现有的设计方法通常是利用平板样件单向压缩力学性能进行力学建模和失效分析，如文献
X.Zhang,Z.Li,P.Wang,et al.Experimental and numerical analyses on buckling and strength failure of composite cylindrical shells under hydrostatic pressure.Ocean Engineering,2022,249:110871
就是参照
ASTM D3039、ASTM 6641
和
ASTM D3518
等试验标准利用复合材料平板样件开展了拉伸
、
压缩及剪切试验以获得样件的基本力学性能并用于建模和仿真计算
。
由于平板制件与弧形制件在压缩载荷作用下的力学响应不尽相同，同时单向压缩载荷和双向压缩载荷对结构失效的影响差异巨大，因此仅依靠平板制件的单向压缩性能分析无法准确评估双向压缩载荷作用下复合材料耐压结构的力学响应，因此亟需可靠的双向压缩试验装置及测试方法为复合材料耐压结构的安全设计提供技术支撑
。
本专利技术提供一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置和测试方法，试验过程简单且有效，可测试复合材料弧形制件轴向和周向的刚度和强度
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种可用于测试复合材料弧形制件双向压缩力学性能的试验装置和测试方法，通过精确的加载系统和测量系统实现复合材料弧形制件双向压缩力学性能的精准测量
。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置，复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置包括加载系统和测量系统，加载系统包括轴向加载系统和垂向加载系统，测量系统包括轴向测量系统和周向测量系统；具体包括底座
1、
第一轴向支架
2、
支撑辊
3、
限位架
4、
限位头
5、
第二轴向支架
6、
第一测距传感器
7、
第二测距传感器
8、
第一轴向加载片
9、
轴向导轨
10、
第一轴向滑块
11、
加载头
12、
加载架
13、
第一垂向滑块
14、
第一垂向导轨
15、
垂向支架
16、
第二垂向导轨
17、
第二垂向滑块
18、
垂向螺杆
19、
第三测距传感器
20、
第四测距传感器
21、
第二轴向滑块
22、
轴向螺杆
23、
第二轴向加载片
24
；
[0006]底座1为主要由两个具有半圆
、
相对布置的凹槽板组成，支撑辊3两端通过轴承沿着底座1的凹槽板的半圆边缘固定，限位头5通过螺栓安装到限位架4上，限位架4通过螺栓安装到底座1一侧的两个凹槽板上端面；第一轴向支架2和第二轴向支架6通过螺栓安装到底座1的凹槽板外侧面，轴向导轨
10
两端通过螺栓分别安装到第一轴向支架2和第二轴向支架6上，第一轴向滑块
11
与第二轴向滑块
22
通过燕尾槽与轴向导轨
10
连接，第一轴向加载片9和第二轴向加载片
24
通过螺栓分别与第一轴向滑块
11
和第二轴向滑块
22
连接，第一轴向加载片9和第二轴向加载片
24
通过内螺纹铜套与轴向螺杆
23
连接，轴向螺杆
23
通过内轴承与第一轴向支架2和第二轴向支架6连接；第一测距传感器
7、
第二测距传感器
8、
第三测距传感器
20
和第四测距传感器
21
通过磁吸的方式与轴向导轨
10
连接；垂向支架
16
通过螺栓连接在底座1另一侧的两个凹槽板之间，第一垂向导轨
15
和第二垂向导轨
17
通过螺栓与底座1的两个凹槽板的内侧面连接，加载头
12
通过螺栓与加载架
13
连接，加载架
13
两端通过螺栓分别与第一垂向滑块
14
和第二垂向滑块
18
连接，第一垂向滑块
14
和第二垂向滑块
18
通过燕尾槽与第一垂向导轨
15
和第二垂向导轨
17
连接，垂向螺杆
19
通过内螺纹铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置，其特征在于，该复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置包括加载系统和测量系统，加载系统包括轴向加载系统和垂向加载系统，测量系统包括轴向测量系统和周向测量系统；轴向加载系统主要由底座
(1)、
第一轴向支架
(2)、
第二轴向支架
(6)、
轴向导轨
(10)、
第一轴向滑块
(11)、
第二轴向滑块
(22)、
第一轴向加载片
(9)、
第二轴向加载片
(24)
和轴向螺杆
(23)
组成；垂向加载系统主要由底座
(1)、
垂向支架
(16)、
垂向螺杆
(19)、
第一垂向导轨
(15)、
第二垂向导轨
(17)、
第一垂向滑块
(14)、
第二垂向滑块
(18)、
加载架
(13)
和加载头
(12)
组成；轴向测量系统主要由第一测距传感器
(7)
和第二测距传感器
(8)
组成；周向测量系统主要由第三测距传感器
(20)、
第四测距传感器
(21)、
第一定位尺
(25)
和第二定位尺
(26)
组成，底座
(1)
为主要由两个具有半圆
、
相对布置的凹槽板组成，支撑辊
(3)
两端通过轴承沿着底座
(1)
的凹槽板的半圆内侧边缘固定，限位头
(5)
通过螺栓安装到限位架
(4)
上，限位架
(4)
通过螺栓安装到底座
(1)
一侧的两个凹槽板上端面；第一轴向支架
(2)
和第二轴向支架
(6)
通过螺栓安装到底座
(1)
凹槽板上半圆所在位置处的外侧面，轴向导轨
(10)
两端通过螺栓分别安装到第一轴向支架
(2)
和第二轴向支架
(6)
上，第一轴向滑块
(11)
与第二轴向滑块
(22)
通过燕尾槽与轴向导轨
(10)
连接，第一轴向加载片
(9)
和第二轴向加载片
(24)
通过螺栓分别与第一轴向滑块
(11)
和第二轴向滑块
(22)
连接，第一轴向加载片
(9)
和第二轴向加载片
(24)
通过内螺纹铜套与轴向螺杆
(23)
连接，轴向螺杆
(23)
通过内轴承与第一轴向支架
(2)
和第二轴向支架
(6)
连接；第一测距传感器
(7)、
第二测距传感器
(8)、
第三测距传感器
(20)
和第四测距传感器
(21)
通过磁吸的方式与轴向导轨
(10)
连接；垂向支架
(16)
通过螺栓连接在底座
(1)
另一侧的两个凹槽板之间，第一垂向导轨
(15)
和第二垂向导轨
(17)
通过螺栓与底座
(1)
的两个凹槽板的内侧面连接，加载头
(12)
通过螺栓与加载架
(13)
连接，加载架
(13)
两端通过螺栓分别与第一垂向滑块
(14)
和第二垂向滑块
(18)
连接，第一垂向滑块
(14)
和第二垂向滑块
(18)
通过燕尾槽与第一垂向导轨
(15)
和第二垂向导轨
(17)
连接，垂向螺杆
(19)
通过内螺纹铜套过垂向支架
(16)
与加载架
(13)
连接；轴向螺杆
(23)
采用正反牙螺纹设计，当轴向螺杆
(23)
旋转时通过螺纹带动第一轴向加载片
(9)
和第二轴向加载片
(24)
相向而行，同时由于受到第一轴向滑块
(11)
和第二轴向滑块
(22)
的限制，第一轴向加载片
(9)
和第二轴向加载片
(24)
只能沿轴向导轨
(10)
做平动，即第一轴向加载片
(9)
和第二轴向加载片
(24)
在沿轴向运动中不发生旋转，从而实现对样件的挤压加载且作用区域不会改变；当垂向螺杆
(19)
旋转时，通过螺纹带动加载架
(13)
通过第一垂向滑块
(14)
和第二垂向滑块
(18)
沿第一垂向导轨
(15)
和第二垂向导轨
(17)
运动，实现加载头
(12)
对样件
(27)
的挤压加载；通过对第一轴向加载片
(9)
和第二轴向加载片
(24)
位置改变的直接测量实现对样件轴向变形量的间接测量；将定位尺粘贴于样件
(27)
上，通过测距传感器与定位尺的配合实现样件周向位移的间接测量
。2.
根据权利要求1所述的复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置，其特征在于，采用可自由转动的支撑辊
(3)
作为样件
(27)
的支撑平台，通过支撑辊
(3)
的低摩擦转动降低样件在周向受载情况下与支撑平台的摩擦力
。
3.
根据权利要求1所述的复合材料弧形制件双向压缩力学性能试验装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学术，辛翰阳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：