【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷基复合材料力学性能检测，尤其涉及一种用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装及方法。
技术介绍
1、陶瓷基复合材料(cmc)逐渐发展为民用和军用领域不可或缺的新型高温结构材料之一，其具有密度低(2.2～3.0g/cm3)、耐热温度高(1150～1500℃)、高比强、高比模、抗氧化、耐盐雾腐蚀和抗烧蚀等优异性能，因此广泛应用于高推重比航空发动机热端部件、空天飞行器热防护系统、高性能刹车盘等领域。陶瓷基复合材料具有复杂的微结构，如图1所示为陶瓷基复合材料结构示意图，陶瓷基复合材料由内至外包括三层，分别为内部纤维层、包裹纤维的界面层和外部碳化硅基层；内部纤维层可分为：c纤维和sic纤维，内部纤维层根据其纤维编织结构又可分为1d单向预制体、2d平纹或缎纹、2.5d浅交弯连、3d三维四向或三维五向、3dn三维针刺等结构形式，各种编制结构的陶瓷基复合材料均存在不同程度的孔隙。因此，陶瓷基复合材料的组织结构复杂，是一种各向异性的无机非金属材料。
2、在表征陶瓷基复合材料的性能时，通常通过测定该材料的力学性能进而判断该材料的合成与制备是否达到机械性能和热学性能需求，其中弹性模量的测定更是评价该材料是否满足研制生产性能要求的关键环节。但是因陶瓷基复合材料内部结构的复杂性使其弹性模量测定难度较大，且不适宜沿用金属材料的弹性模量测试方法。
3、现有技术中测定陶瓷基复合材料的弹性模量时通常采用静态拉伸法或静态弯曲法，即给陶瓷基复合材料施加载荷以引起其发生形变，再通过测定材料的应力-应变或通过测量试样在载荷作用下的弯
4、公告号为cn102539233a的中国专利公开了一种测试纤维材料弹性模量与强度的方法和装置，该方法采用电子天平测量载荷大小，通过夹具将压缩载荷转化为纤维拉伸载荷并继续施加载荷，通过测量施加载荷前后的相对纤维位移变化，结合应力增量-应变增量测定弹性模量。该专利采用的方法操作较为复杂，对于测量高温条件下(1200-1500℃)材料的弹性模量存在一定困难，并不完全适用于陶瓷基复合材料(cmc)的弹性模量测量。
5、公告号为cn10245453a的中国专利公开了一种复合材料弹性模量的确定方法及系统，该方法将材料密度、截面积、惯性矩、频率下限、频率上限和稳态振动位移输入宽频激振弹性模量计算模型，获得复合材料结构待测区域的弹性模量。该专利提供的方法可测定待测区域的弹性模量，但对于具有各向异性，非均匀密度的材料弹性模量的确定存在一定困难，故并不完全适用于陶瓷基复合材料(cmc)的弹性模量测量。所以亟待提出一种更为简便，测试温度范围广且适用于各类型陶瓷基符合材料的弹性模量测试方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装及方法，该方法中通过测定陶瓷基复合材料的固有频率进行计算
2、以解决现有技术中采用静态拉伸法或静态弯曲法测定陶瓷基复合材料弹性模量时耗时耗力、且需对试样进行破坏使其无法重复测试、载荷加载过程中存在驰豫过程不能真实反应材料内部变化、在高温环境(1200-1500℃)下弹性模量无法测量等问题。
3、第一方面，为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
4、一种用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，包括承载框，承载框的框体侧面对称开设有两条贯穿框体的条形槽；两条条形槽底部均开设有若干u型槽；两条条形槽之间设有两个相互平行的用于支撑陶瓷基复合材料的支撑件，支撑件穿过条形槽固定在u型槽内。
5、在本方案中，承载框侧面设有贯穿的条形槽，两个相互平行的支撑件设于条形槽之间，在进行陶瓷基复合材料弹性模量的测定时，将陶瓷基复合材料固定在支撑件上进行敲击，使陶瓷基复合材料受迫产生振动波，根据该振动波即可计算出弹性模量。使用该工装检测弹性模量时通过固有频率真实地反映陶瓷基复合材料力学性能，测试结果准确；且测试过程不会破坏陶瓷基复合材料试样结构，可对试样进行重复性测试。
6、进一步地，支撑件为硬性承托支撑杆，硬性承托支撑杆材质为耐高温非金属材料；硬性承托支撑杆穿过条形槽嵌入在u型槽内。
7、在本方案中，支撑件为硬性承托支撑杆，且材质为耐高温非金属材质，适用于高温环境下弹性模量的测试；硬性承托支撑杆嵌入u型槽固定在条形槽内部，可防止硬性承托支撑杆在条形槽内滑动。
8、进一步地，支撑件为软性捆绑悬挂线，软性捆绑悬挂线材质为耐高温金属或非金属丝线；每个u型槽底部开设有沟槽；软性捆绑悬挂线横向连接在两个沟槽之间。
9、在本方案中，支撑件为软性捆绑悬挂线，且材质为耐高温金属或非金属丝线，适用于高温环境下的弹性模量测试；软性捆绑悬挂线捆绑在u型槽底部的沟槽中，方便软性捆绑悬挂线与承载框的连接；通过软性捆绑悬挂线捆绑试样，在对试样进行敲击后使试样受迫产生振动的均匀向四周传播。
10、第二方面，本专利技术基于第一方面提供的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装提供一种测定弹性模量的方法，用于测定矩形结构、圆棒结构、圆管结构和圆盘结构的陶瓷基复合材料弹性模量，包括以下步骤：
11、s1：测量陶瓷基复合材料的质量和尺寸；
12、s2：将测量完质量和尺寸的陶瓷基复合材料放置在工装的支撑件上支撑；
13、s3：敲击陶瓷基复合材料，陶瓷基复合材料发生瞬变响应并振动产生振动波；
14、s4：根据振动波得出陶瓷基复合材料试样的固有频率；
15、s5：根据质量、尺寸和固有频率计算陶瓷基复合材料的弹性模量。
16、在本方案中，将陶瓷基复合材料试样放置在工装的支撑件上，敲击试样产生振动波，根据该振动波得出试样的固有频率，通过固有频率计算试样的弹性模量。该方法基于试样振动的固有频率得出试样的力学性能，测试过程中不会破坏试样的结构，便于重复性的进行测试，以保证测试结果的准确性；该测试方法不同于传统的给试样施加载荷后通过试样的形变来反映弹性模量的测试方法，可以避免驰豫过程对测试结果产生误差。
17、进一步地，s1中陶瓷基复合材料的尺寸，包括：
18、矩形结构的陶瓷基复合材料的矩形长度、矩形宽度和矩形厚度；
19、圆棒结构的陶瓷基复合材料的圆棒直径和圆棒长度；
20、圆管结构的陶瓷基复合材料的圆管直径和圆管长度；
21、圆盘结构的陶瓷基复合材料的圆盘直径和圆盘厚度。
22、在本方案中，根据不同外形结构特征的陶瓷基复合材料，分别测定的其不同的外形尺寸，以保证所计算的弹性模量误差最小。
23、进一步地，s2中陶瓷基复合材料放置在工装的支撑件上支撑，包括：
24、支撑件的两个支撑点分别位于矩形结构陶瓷基复本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，其特征在于：包括承载框(1)，所述承载框(1)的框体侧面对称开设有两条贯穿框体的条形槽(2)，两条所述条形槽(2)底部均开设有若干U型槽(3)；两条所述条形槽(2)之间设有两个相互平行的用于支撑陶瓷基复合材料的支撑件，所述支撑件穿过所述条形槽(2)固定在所述U型槽(3)内。
2.根据权利要求1所述的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，其特征在于：所述支撑件为硬性承托支撑杆(5)，所述硬性承托支撑杆(5)材质为耐高温非金属材料；
3.根据权利要求1所述的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，其特征在于：所述支撑件为软性捆绑悬挂线(6)，所述软性捆绑悬挂线(6)材质为耐高温金属或非金属丝线；
4.一种采用如权利要求1～3任一所述的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装测定弹性模量的方法，其特征在于，用于测定矩形结构、圆棒结构、圆管结构和圆盘结构的陶瓷基复合材料弹性模量，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的测定陶瓷基复合材料弹性模量的方法，其特征在于，所述S1中所述陶瓷基复合材料的尺寸，包
6.根据权利要求5所述的测定陶瓷基复合材料弹性模量的方法，其特征在于，所述S2中所述陶瓷基复合材料放置在所述工装的支撑件上支撑，包括：
7.根据权利要求6所述的测定陶瓷基复合材料弹性模量的方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的测定陶瓷基复合材料弹性模量的方法，其特征在于：所述S403中所述固有频率包括：弯曲振动频率、一次谐波频率、扭转振动频率和外界干扰频率。
9.根据权利要求8所述的测定陶瓷基复合材料弹性模量的方法，其特征在于，所述S5中根据所述矩形结构陶瓷基复合材料的质量、尺寸和弯曲振动频率计算弹性模量：
10.根据权利要求9所述的测定陶瓷基复合材料弹性模量的方法，其特征在于：所述矩形结构陶瓷基复合材料的矩形长度与矩形厚度比值不小于20∶1，矩形宽度与矩形厚度比值不小于3∶1；
...【技术特征摘要】
1.一种用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，其特征在于：包括承载框(1)，所述承载框(1)的框体侧面对称开设有两条贯穿框体的条形槽(2)，两条所述条形槽(2)底部均开设有若干u型槽(3)；两条所述条形槽(2)之间设有两个相互平行的用于支撑陶瓷基复合材料的支撑件，所述支撑件穿过所述条形槽(2)固定在所述u型槽(3)内。
2.根据权利要求1所述的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，其特征在于：所述支撑件为硬性承托支撑杆(5)，所述硬性承托支撑杆(5)材质为耐高温非金属材料；
3.根据权利要求1所述的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装，其特征在于：所述支撑件为软性捆绑悬挂线(6)，所述软性捆绑悬挂线(6)材质为耐高温金属或非金属丝线；
4.一种采用如权利要求1～3任一所述的用于测定陶瓷基复合材料弹性模量的工装测定弹性模量的方法，其特征在于，用于测定矩形结构、圆棒结构、圆管结构和圆盘结构的陶瓷基复合材料弹性模量，包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，李博，成来飞，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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