【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二维织物材料测试，涉及一种二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具及方法。
技术介绍
1、复合材料因其优异的综合性能，在新材料产业的发展中有着战略性的地位。其中，二维织物增强树脂基复合材料是一种二维织物增强体材料，结合了纤维高强度、高模量与树脂低成本、高韧性等优点，具有均匀的面内力学性能以及良好的面外抗冲击性能，在轨道交通、航空航天、汽车领域获得了广泛应用。二维织物增强树脂基复合材料可通过模压工艺快速成型为平面或曲面薄壁构件，但由于二维织物增强体材料的弯曲刚度极小，在成型过程中轻微的压缩载荷便可导致其出现起皱缺陷，严重降低了产品的成型品质和力学性能。但是二维织物增强体材料具有优异的面内剪切力学性能，通过施加压边力诱导其在预成型阶段发生充分的剪切变形可以有效抑制起皱缺陷的产生，提高产品的成型质量。虽然二维织物增强体材料通过剪切变形能够有效抑制起皱缺陷的产生，但研究表明织物材料的过度剪切变形将造成纤维束之间发生横向挤压作用，也会引发起皱变形。可见，二维织物材料的剪切力学性能与其复合材料产品的预成型性能密切相关，准确测量二维织物材料剪切力学性能对于改进和提升其复合材料产品的成型品质至关重要。
2、常用的二维织物材料剪切力学性能测试方法主要有偏轴拉伸和镜框拉伸，二者均能较好地表征二维织物材料的剪切力学响应特性，但是偏轴拉伸测试耦合了纤维的拉伸和剪切变形，无法准确描述二维织物材料的纯剪切变形特性，镜框拉伸测试通过对纤维束提前施加预张紧力，迫使二维织物材料在拉伸过程中发生纯剪切变形，能够更好地表征其剪切力学性能。然而以往
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具及方法，该夹具不仅能够灵活调整纤维束预张紧力的大小，而且能够保证在拉伸运动过程中纤维束的预张紧力大小不变且方向始终与纤维束方向保持一致，避免纤维束发生横向滑移从而准确获得二维织物材料的纯剪切力学响应特性。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，包括均呈平行四边形设置且四个边依次首尾铰接连接的夹持框、第一张力框和第二张力框；夹持框的相邻两个边分别作为第一张力框的一个共用边和第二张力框的一个共用边，夹持框的另外两个边的延长线分别作为第一张力框的另一个边和第二张力框的另一个边；
4、夹持框的四个边上分别设置有夹持装置，第一张力框的共用边上的夹持装置滑动设置且与第一张力框的相对边之间连接有拉力弹簧，第二张力框的共用边上的夹持装置滑动设置且与第二张力框的相对边之间连接有拉力弹簧；第一张力框的共用边与第一张力框的相对边之间距离可调，第二张力框的共用边与第二张力框的相对边之间距离可调。
5、优选的，所述夹持框包括第一夹持边、第二夹持边、第三夹持边和第四夹持边，第一夹持边的第二端与第二夹持边的第一端铰接，第二夹持边的第二端与第三夹持边的第一端铰接，第三夹持边的第二端与第四夹持边的第一端铰接，第四夹持边的第二端与第一夹持边的第一端铰接；
6、第一夹持边和第二夹持边上分别固定设置有第一夹持装置，第三夹持边和第四夹持边上分别滑动设置有第二夹持装置。
7、进一步的，第一张力框包括平行设置的第一滑槽张力边和第二滑槽张力边以及平行设置的第三夹持边和第一平行张力边；第一滑槽张力边的第一端与第二夹持边的第二端固定连接，第一滑槽张力边的第二端与第一平行张力边的第一端铰接，第一平行张力边的第二端与第二滑槽张力边的第一端铰接，第二滑槽张力边的第二端与第三夹持边的第二端铰接；第二张力框包括平行设置的第三滑槽张力边和第四滑槽张力边以及平行设置的第四夹持边和第二平行张力边；第三滑槽张力边的第一端与第四夹持边的第二端铰接，第三滑槽张力边的第二端与第二平行张力边的第一端铰接，第二平行张力边的第二端与第四滑槽张力边的第一端铰接，第四滑槽张力边的第二端与第一夹持边的第一端固定连接；第一滑槽张力边与第二夹持边同轴设置，第四滑槽张力边与第一夹持边同轴设置。
8、进一步的，第一滑槽张力边的第二端和第二滑槽张力边的第一端均设置有滑槽，第一平行张力边的两端能沿滑槽移动；第三滑槽张力边的第二端和第四滑槽张力边的第一端均设置有滑槽，第二平行张力边的两端能沿滑槽移动。
9、进一步的，第一平行张力边和第三夹持边的第二夹持装置上一一对应设置有连接柱，两个对应连接柱之间连接有拉力弹簧；第二平行张力边和第四夹持边的第二夹持装置上一一对应设置有连接柱，两个对应连接柱之间连接有拉力弹簧。
10、进一步的，第一平行张力边和第二平行张力边上通过螺纹孔装配有调节螺栓，调节螺栓的旋转运动能转变为第一平行张力边和第二平行张力边的直线运动，使第一平行张力边和第二平行张力边沿滑槽移动。
11、进一步的，在第一滑槽张力边或第二滑槽张力边的长度方向上以及第三滑槽张力边或第四滑槽张力边的长度方向上设置有刻度。
12、进一步的，第一夹持装置包括上下相对设置的第一上板和第一下板，第一上板和第一下板两端通过螺钉固定连接，两个第一下板分别固定在第一夹持边和第二夹持边上；第二夹持装置包括上下相对设置的第二上板和第二下板，第二上板和第二下板两端通过螺钉固定连接，第三夹持边和第四夹持边上均设置有悬臂，第二下板上设置有与悬臂对应的通孔，两个第二下板分别通过通孔置于第三夹持边和第四夹持边的悬臂上。
13、进一步的，第一夹持边与第二夹持边的铰接处设置有第一连接头，第三夹持边与第三夹持边的铰接处设置有第二连接头，第一连接头和第二连接头用于与万能试验机连接。
14、二维织物材料纯剪切力学性能测试方法，基于所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，包括：
15、将一组纤维束的两端分别在两个相对的夹持装置中压紧，将另一组纤维束的两端分别在另外两个相对的夹持装置中压紧，两组纤维束交叉形成二维织物材料；
16、调节第一张力框的共用边与第一张力框的相对边之间的距离，调节第二张力框的共用边与第二张力框的相对边之间的距离，使得拉力弹簧的拉力满足预设的预张紧力；
17、在第一张力框的共用边和第二张力框的共用边的铰接处施加拉伸力，并在夹持框的另外两个边的铰接处施加拉伸力，记录拉伸过程中拉伸力的变化，并对拉伸力进行处理，计算出剪切力，根据实验数据绘制剪切角与剪切力之间的关系曲线。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
19、本专利技术所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，夹持框、第一张力框和第二张力框的各边之间均为铰接连接，能够保证在拉伸运动过程中纤维束的预张紧力大小不变且方向始终与纤维束方向保持一致，避免纤维束发生横向滑移从而准确获得二维织物材料的纯剪切力学响应特性。且第一张力框的共用边与第一张力框的相对边之本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，包括均呈平行四边形设置且四个边依次首尾铰接连接的夹持框、第一张力框和第二张力框；夹持框的相邻两个边分别作为第一张力框的一个共用边和第二张力框的一个共用边，夹持框的另外两个边的延长线分别作为第一张力框的另一个边和第二张力框的另一个边；
2.根据权利要求1所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，所述夹持框包括第一夹持边(17)、第二夹持边(4)、第三夹持边(5)和第四夹持边(16)，第一夹持边(17)的第二端与第二夹持边(4)的第一端铰接，第二夹持边(4)的第二端与第三夹持边(5)的第一端铰接，第三夹持边(5)的第二端与第四夹持边(16)的第一端铰接，第四夹持边(16)的第二端与第一夹持边(17)的第一端铰接；
3.根据权利要求2所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一张力框包括平行设置的第一滑槽张力边(7)和第二滑槽张力边(9)以及平行设置的第三夹持边(5)和第一平行张力边(11)；第一滑槽张力边(7)的第一端与第二夹持边(4)的第二端固定连接，第一滑槽张力边(7)的第二
4.根据权利要求3所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一滑槽张力边(7)的第二端和第二滑槽张力边(9)的第一端均设置有滑槽，第一平行张力边(11)的两端能沿滑槽移动；第三滑槽张力边(13)的第二端和第四滑槽张力边(15)的第一端均设置有滑槽，第二平行张力边(14)的两端能沿滑槽移动。
5.根据权利要求4所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一平行张力边(11)和第三夹持边(5)的第二夹持装置(6)上一一对应设置有连接柱，两个对应连接柱之间连接有拉力弹簧；第二平行张力边(14)和第四夹持边(16)的第二夹持装置(6)上一一对应设置有连接柱，两个对应连接柱之间连接有拉力弹簧(16)。
6.根据权利要求5所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一平行张力边(11)和第二平行张力边(14)上通过螺纹孔装配有调节螺栓(10)，调节螺栓(10)的旋转运动能转变为第一平行张力边(11)和第二平行张力边(14)的直线运动，使第一平行张力边(11)和第二平行张力边(14)沿滑槽移动。
7.根据权利要求5所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，在第一滑槽张力边(7)或第二滑槽张力边(9)的长度方向上以及第三滑槽张力边(13)或第四滑槽张力边(15)的长度方向上设置有刻度。
8.根据权利要求2所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一夹持装置(2)包括上下相对设置的第一上板和第一下板，第一上板和第一下板两端通过螺钉固定连接，两个第一下板分别固定在第一夹持边(17)和第二夹持边(4)上；第二夹持装置(6)包括上下相对设置的第二上板和第二下板，第二上板和第二下板两端通过螺钉固定连接，第三夹持边(5)和第四夹持边(16)上均设置有悬臂，第二下板上设置有与悬臂对应的通孔，两个第二下板分别通过通孔置于第三夹持边(5)和第四夹持边(16)的悬臂上。
9.根据权利要求2所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一夹持边(17)与第二夹持边(4)的铰接处设置有第一连接头(1)，第三夹持边(5)与第三夹持边(5)的铰接处设置有第二连接头(12)，第一连接头(1)和第二连接头(12)用于与万能试验机连接。
10.二维织物材料纯剪切力学性能测试方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，包括均呈平行四边形设置且四个边依次首尾铰接连接的夹持框、第一张力框和第二张力框；夹持框的相邻两个边分别作为第一张力框的一个共用边和第二张力框的一个共用边，夹持框的另外两个边的延长线分别作为第一张力框的另一个边和第二张力框的另一个边；
2.根据权利要求1所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，所述夹持框包括第一夹持边(17)、第二夹持边(4)、第三夹持边(5)和第四夹持边(16)，第一夹持边(17)的第二端与第二夹持边(4)的第一端铰接，第二夹持边(4)的第二端与第三夹持边(5)的第一端铰接，第三夹持边(5)的第二端与第四夹持边(16)的第一端铰接，第四夹持边(16)的第二端与第一夹持边(17)的第一端铰接；
3.根据权利要求2所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一张力框包括平行设置的第一滑槽张力边(7)和第二滑槽张力边(9)以及平行设置的第三夹持边(5)和第一平行张力边(11)；第一滑槽张力边(7)的第一端与第二夹持边(4)的第二端固定连接，第一滑槽张力边(7)的第二端与第一平行张力边(11)的第一端铰接，第一平行张力边(11)的第二端与第二滑槽张力边(9)的第一端铰接，第二滑槽张力边(9)的第二端与第三夹持边(5)的第二端铰接；第二张力框包括平行设置的第三滑槽张力边(13)和第四滑槽张力边(15)以及平行设置的第四夹持边(16)和第二平行张力边(14)；第三滑槽张力边(13)的第一端与第四夹持边(16)的第二端铰接，第三滑槽张力边(13)的第二端与第二平行张力边(14)的第一端铰接，第二平行张力边(14)的第二端与第四滑槽张力边(15)的第一端铰接，第四滑槽张力边(15)的第二端与第一夹持边(17)的第一端固定连接；第一滑槽张力边(7)与第二夹持边(4)同轴设置，第四滑槽张力边(15)与第一夹持边(17)同轴设置。
4.根据权利要求3所述的二维织物材料纯剪切力学性能测试夹具，其特征在于，第一滑槽张力边(7)的第二端和第二滑槽张力边(9)的第一端均设置有滑槽，第一平行张力边(11)的两端能沿滑槽移动；第三滑槽张力边(13)的第...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振，朱国华，梅轩，赵轩，曹悉奥，任浩乾，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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