【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供三维编织复合材料面外拉伸夹具，属于复合材料三维编织板检测及测试。
技术介绍
1、传统的复合材料层合板以其轻量高强、抗疲劳、耐腐蚀和强可设计性等优异特性，在航空航天、高速列车、船舶、汽车和建筑等领域得到广泛应用。然而，在服役过程中，层合板不可避免会遭受来自面外方向的冲击，例如高速列车和飞机会受到鸟类、冰雹以及飞石的撞击。这种面外方向的冲击会造成复合材料层合板产生难以抑制的分层损伤，导致结构强度显著下降。为了解决这个问题，在传统纤维层合板的基础上，三维编织复合材料的概念得以提出，这种方法在传统板材厚度方向进一步增加纤维束(纱线)，使其有序穿插并绑定面内两个方向的纤维束，从而形成更为牢固的三维多向纱线编织成型的方式，进而大幅提升了复合材料的机械性能，尤其是面外性能，并有望在工业界得到广泛应用。
2、材料的拉伸性能测试是材料研究中至关重要的一环，目前对于三维编织复合材料的拉伸性能测试主要分为面内拉伸测试和面外拉伸测试。面内拉伸测试顾名思义测试的是材料的面内性能，测试时只需要在长条形板材的两个端面进行加载即可完成，加载面是长条形板材的宽乘高的小面积端面，只需要把特定加工的细长试件拉断，试验较为简单。而所谓的面外性能则与面内相对，指的是板材厚度的方向性能，加载面是板材长乘宽的大面积截面，需要将一整块板材在这个截面下整个撕开，因此试验困难度很大。对于评估板材的面外拉伸性能，目前主要采用的试验方法是通过在长条形样品的上下表面附着金属拉伸块，从而直接对试样施加面外拉伸载荷。虽然这种方法在材料测试中被广泛应用，但三维编织复
技术实现思路
1、本专利技术针对三维编织复合材料面外拉伸性能难以直接测量的难题，提出了一种模块化面外拉伸夹具及相应的拉伸试样形式，将三维编织复合材料的拉伸试样形状由传统的长条形设计改为一体化十字交叉型。创新设计了一种包含支撑模块与加载模块的载荷转换试验结构，巧妙将试验机施加的压载转化为对三维编织复合材料试样的面外拉伸载荷，从而实现三维编制复合材料稳定的面外拉伸失效测试，获得相应的面外拉伸模量及拉伸强度数据。这些数据为三维编织复合材料的后续研究与设计提供了可靠的材料性能参考。本专利技术的夹具具备构造巧妙、结构简单、工艺简便、成本低廉、安装方便等优点，可广泛应用于三维编织复合材料等难以进行直接面外拉伸试验的材料的性能试验中，为材料性能评估提供了可靠和便捷的方法。
2、具体技术方案为：
3、三维编织复合材料面外拉伸夹具，包括基座，所述的基座为凹形状结构，下凹部分的底部设有基座燕尾槽，基座燕尾槽贯穿基座的前后端面；下凹部分的两内侧面均设有位置相对的竖直凹形导向槽；
4、还包括一对支撑块，支撑块的底部设有滑块，并且滑块位于基座燕尾槽内，形成滑动副；
5、还包括加载压杆，加载压杆的两端分别设有块状突起结构，所述的块状突起结构滑动设置在竖直凹形导向槽内；所述的加载压杆的下表面设有加载燕尾槽；所述的加载燕尾槽与基座燕尾槽垂直设置；
6、还包括一对加载压块，加载压块的顶部均设有滑块，并且滑块位于加载燕尾槽内，形成滑动副；
7、所述的基座燕尾槽和加载燕尾槽的侧边均设有刻度。
8、测试式样为十字试样；十字试样为十字结构，十字的交叉区域即试样中央为三维编织复合材料板材的完整厚度，十字结构的一组位置相对的翼，下表面削减去板材一半的厚度，朝下的削减面为支撑面；十字结构的另外一组位置相对的翼，上表面削减去板材一半的厚度，朝上的削减面为加载面；
9、两翼的支撑面分别放置在一对支撑块的顶部，两翼的加载面分别位于一对加载压块下端处。
10、十字的交叉区域至少包含三维编织复合材料四个完整的单胞。
11、本专利技术实现了以下突出优点：
12、(1)实现了对三维编织复合材料这种复杂材料在面外方向的大加载面下的拉伸性能测试。
13、(2)克服了传统面外拉伸测试中因三维编织复合材料表面脆性树脂失效而难以通过表面粘接的方式测试面外拉伸性能的难题，拉伸试验中试样不必与夹具或试验机进行粘接、固连。
14、(3)将试验机压缩载荷转化为试样的面外拉伸载荷，使普通压缩试验机能够完成复杂试样的面外拉伸性能测定，有效降低了三维编织复合材料面外拉伸测试的难度。
15、(4)可以将面外拉伸测试面准确布置在试样中央部位，有效避免了传统面外拉伸测试中试件的大加载面32下由于加工缺陷而造成的具体失效部位的随机性，方便后续有限元分析与理论分析。
16、(5)夹具中的加载压杆与基座上的燕尾滑槽实现了加载压块与支撑块位置的可调整性，适用于不同应用工况和尺寸下的三维编织复合结构试样。精确的刻度确保了位置调整的准确性。
17、综上所述，本专利技术创新设计的夹具及试样形式为三维编织复合材料的面外拉伸性能测试提供了稳定而准确的方法。其结构简洁、生产工艺简单、成本低廉，具备广泛的应用前景。
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1.三维编织复合材料面外拉伸夹具，其特征在于，包括基座(4)，所述的基座(4)为凹形状结构，下凹部分的底部设有基座燕尾槽(41)，基座燕尾槽(41)贯穿基座(4)的前后端面；下凹部分的两内侧面均设有位置相对的竖直凹形导向槽(42)；
2.根据权利要求1所述的三维编织复合材料面外拉伸夹具，其特征在于，所述的十字试样(3)的十字的交叉区域至少包含三维编织复合材料四个完整的单胞。
3.根据权利要求1所述的三维编织复合材料面外拉伸夹具，其特征在于，所述的基座燕尾槽(41)和加载燕尾槽(12)的侧边均设有刻度(7)。
【技术特征摘要】
1.三维编织复合材料面外拉伸夹具，其特征在于，包括基座(4)，所述的基座(4)为凹形状结构，下凹部分的底部设有基座燕尾槽(41)，基座燕尾槽(41)贯穿基座(4)的前后端面；下凹部分的两内侧面均设有位置相对的竖直凹形导向槽(42)；
2.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢素超，井坤坤，汪浩，张静，何冠迪，周子强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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