陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，屬于無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。包括以下步驟：制作陶瓷基復(fù)合材料板材試件并夾入拉力試驗機(jī)上下夾頭中；將變形測量裝置安裝在試件的測試段上，并與拉力試驗機(jī)的計算機(jī)連接；控制拉力試驗機(jī)的下夾頭向下移動，使試件承受微小拉力；采用位移控制的加載方式并通過加卸載方式測試應(yīng)力應(yīng)變曲線；將試件應(yīng)變數(shù)據(jù)，拉力試驗機(jī)上力傳感器測到的力進(jìn)行處理，最終獲得到試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線。本發(fā)明能有效避免了由于引力集中導(dǎo)致試件過早斷裂而無法對拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行測試的問題；其采用常規(guī)的測試設(shè)備，對試件和夾具的加工精度要求較低，測試成功率高，易于實現(xiàn)。
【專利說明】陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，具體講是一種陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，屬于無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)陶瓷或碳纖維增強(qiáng)碳基體復(fù)合材料具有高比剛度、比強(qiáng)度和良好的斷裂韌性和耐磨性等特點，且擁有較好的耐高溫性能，在惰性環(huán)境中超過2000°C仍能保持強(qiáng)度基本不下降，是軍事、能源及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中非常有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料。
[0003]應(yīng)力應(yīng)變曲線是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析所必需的材料性能曲線。盡管陶瓷基體和碳纖維都屬于脆性材料，但由于存在基體開裂、界面脫粘摩擦以及纖維逐步斷裂等失效機(jī)制，陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線表現(xiàn)為明顯的非線性特征。目前陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法大多采用美國材料與試驗協(xié)會(American Society for Testing andMaterials, ASTM)測試標(biāo)準(zhǔn)C1359。該標(biāo)準(zhǔn)對試件形狀、加載速率以及試驗機(jī)的對中裝置等進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)定。但是該方法對試件、夾具的加工精度要求相對較高，實驗過程中必需嚴(yán)格確保拉伸試樣與夾具的良好對中，否則試件上存在彎曲載荷，使得試件過早斷裂而導(dǎo)致無法測得陶瓷基復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述缺陷，提供一種工藝簡便易行、對試件和夾具的加工精度要求較低的陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線測試方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，具體包括以下步驟:
[0006]I)、制作陶瓷基復(fù)合材料板材試件并夾入拉力試驗機(jī)上下夾頭中；
[0007]2)、將變形測量裝置安裝在試件的測試段上，并與拉力試驗機(jī)的計算機(jī)連接；
[0008]3)、控制拉力試驗機(jī)的下夾頭向下移動，使試件承受微小拉力；
[0009]4)、采用位移控制的加載方式并通過加卸載方式測試應(yīng)力應(yīng)變曲線:
[0010]a)、假設(shè)拉力試驗機(jī)下夾頭的位移為U，加載前設(shè)定U=O ；
[0011]b)、控制拉力試驗機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動下夾頭向下移動施加位移，位移為u = Au1,然后卸載至載荷為零；
[0012]C)、再控制下夾頭向下運(yùn)動施加位移，此時位移為U = Λ U1+Λ U2，然后卸載至載荷為零；
[0013]d)、依上述步驟逐步施加位移直到試件斷裂；
[0014]5)、將變形測量裝置得到的試件應(yīng)變數(shù)據(jù)、拉力試驗機(jī)上力傳感器測到的力輸入至拉力試驗機(jī)的計算機(jī)處理，將力除以試件的截面積得到應(yīng)力，最終獲得到試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0015]本發(fā)明陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，還包括在位移控制加載前將試件到加熱600°C、保溫10-15min的步驟。
[0016]本發(fā)明中，所述步驟I)為將陶瓷基復(fù)合材料制成燕尾形試件，將具有燕尾形榫槽的夾具安裝在拉力試驗機(jī)夾頭上，然后通過對中裝置保證上下夾頭對中，再將燕尾形試件卡入榫槽內(nèi)。
[0017]本發(fā)明中，所述步驟I)為將陶瓷基復(fù)合材料制成狗骨形試件，切割與狗骨試件夾持段大小形狀相同的鋁制加強(qiáng)片并粘貼在狗骨形試件夾持面上，再將試件夾入試驗機(jī)上下夾頭上。
[0018]本發(fā)明中，所述步驟4)中位移控制的加載速率為0.0lmm/min。
[0019]本發(fā)明中，所述變形測量裝置為引伸計、應(yīng)變儀或非接觸測試儀。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:(I)、本發(fā)明充分利用了陶瓷基復(fù)合材料具有偽塑性的特點，即使存在夾具與試件之間因接觸不良引起的應(yīng)力集中或者對中不良導(dǎo)致的應(yīng)力集中，應(yīng)力集中仍可以在加卸載的過程中逐步消除，從而避免了由于引力集中導(dǎo)致試件過早斷裂而無法對拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行測試的問題；(2)、本發(fā)明采用常規(guī)的測試設(shè)備，對試件和夾具的加工精度要求較低，測試成功率高，易于實現(xiàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明測試應(yīng)力應(yīng)變曲線用拉力試驗機(jī)結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1燕尾試件示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例1引伸計裝配示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例2狗骨形試件示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實施例2應(yīng)變儀裝配示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例3非接觸測試儀裝配示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明所用拉力試驗機(jī)包括基座1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)2、下夾頭3、上夾頭5、力傳感器6、橫梁7。執(zhí)行機(jī)構(gòu)2安裝基座1，下夾頭3安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)2，執(zhí)行機(jī)構(gòu)2可帶動下夾頭3上下移動，基座I正上方設(shè)有橫梁7，橫梁7下方安裝傳感器6，傳感器6連接微機(jī)處理系統(tǒng)，傳感器6下方安裝上夾頭5,上夾頭5與下夾頭3位置相互對應(yīng),用于夾持陶瓷基復(fù)合材料試件4。
[0029]實施例1
[0030](I)、選取長度L為120mm、寬度W為IOmm的陶瓷基復(fù)合材料板材，加工成燕尾形試件，如圖2所示；
[0031](2)、將具有燕尾形榫槽的夾具加載在拉力試驗機(jī)夾頭上，然后通過對中裝置保證上下夾頭對中，隨后將燕尾形試件卡入榫槽內(nèi)；
[0032](3)、首先將引伸計的引伸桿固定在燕尾形試件測試段兩端，然后將引伸計信號線連接拉力試驗機(jī)的計算機(jī)，測量記錄燕尾形試件的應(yīng)變數(shù)據(jù)，如圖3所示；
[0033](4)、啟動拉力試驗機(jī)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整下夾頭向下移動，使燕尾形試件承受微小拉力；[0034](5)、啟動加熱裝置，加熱燕尾形試件到試驗600°C，并保溫10_15min，使得燕尾形試件溫度均勻；
[0035](6)、采用位移控制方式，加載速率控制在0.0lmm/min ;采用加卸載方式測試應(yīng)力應(yīng)變曲線，具體步驟如下:假設(shè)拉力試驗機(jī)夾頭的位移為U，加載前設(shè)定U=O ;加載時首先控制拉力試驗機(jī)下夾頭由執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動向下移動，位移為u = Au1 ;然后控制拉力試驗機(jī)下夾頭向上運(yùn)動，并卸載至拉伸載荷為零；再控制試驗機(jī)下夾頭向下運(yùn)動，位移為u =AU1+AU2;S后控制拉力試驗機(jī)下夾頭向上運(yùn)動，并卸載至拉伸載荷為零；再繼續(xù)控制試驗機(jī)下夾頭向下運(yùn)動，位移為u = Aui+Au2+Au3，然后控制試驗機(jī)下夾頭向上運(yùn)動直至拉伸載荷為零；如此周而復(fù)始直至試件斷裂；
[0036](7)、將引伸計測得的應(yīng)變和拉伸試驗機(jī)上力傳感器測得的力輸出到拉力試驗機(jī)的計算機(jī)保存，將力除以試件的截面積得到應(yīng)力，最終獲得燕尾形試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線，完成測試。
[0037]實施例2
[0038](I)、選取長度L為120mm，寬度W為IOmm的陶瓷基復(fù)合材料板材，加工成狗骨形試件，如圖3所示；
[0039](2)、切割與狗骨形試件夾持段大小形狀相同的鋁制加強(qiáng)片，采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠將加強(qiáng)片粘貼在狗骨形試件夾持面上，待結(jié)構(gòu)膠完全固化后將狗骨形試件放入拉力試驗機(jī)夾頭上調(diào)整對中，然后夾緊狗骨形試件。
[0040](3)、首先將應(yīng)變儀上的應(yīng)變片粘貼在狗骨形試件測試段的表面，然后將應(yīng)變片連接至應(yīng)變儀，最后將應(yīng)變儀連接到拉力試驗機(jī)的計算機(jī)，以測量記錄狗骨形試件的應(yīng)變數(shù)據(jù)，如圖5所示；
[0041](4)、啟動拉力試驗機(jī)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整下夾頭向下移動，使狗骨形試件承受微小拉力；
[0042](5)、采用位移控制方式,加載速率控制在0.0lmm/min ;采用加卸載方式測試應(yīng)力應(yīng)變曲線，具體步驟如下:假設(shè)拉力試驗機(jī)夾頭的位移為U，加載前設(shè)定u=0;加載時首先控制拉力試驗機(jī)下夾頭由執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動向下移動，位移為u = Au1 ;然后控制拉力試驗機(jī)下夾頭向上運(yùn)動，并卸載至拉伸載荷為零；再控制試驗機(jī)下夾頭向下運(yùn)動，位移為u =AU1+AU2;S后控制拉力試驗機(jī)下夾頭向上運(yùn)動，并卸載至拉伸載荷為零；再繼續(xù)控制試驗機(jī)下夾頭向下運(yùn)動，位移為u = Aui+Au2+Au3，然后控制試驗機(jī)下夾頭向上運(yùn)動直至拉伸載荷為零；如此周而復(fù)始直至試件斷裂；
[0043](6)、將應(yīng)變儀測得的應(yīng)變和拉伸試驗機(jī)上力傳感器測得的力輸出到拉力試驗機(jī)的計算機(jī)保存，將力除以試件的截面積得到應(yīng)力，最終獲得狗骨形試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線，完成測試。
[0044]實施例3
[0045]步驟(3)為首先將非接觸測試儀的攝像頭對準(zhǔn)狗骨形試件測試段，然后將非接觸測試儀與拉力試驗機(jī)的計算機(jī)連接，以測量記錄狗骨形試件的應(yīng)變數(shù)據(jù)，如圖6所示。其余步驟與實施例2相同。
[0046]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、制作陶瓷基復(fù)合材料板材試件并夾入拉力試驗機(jī)上下夾頭中； 2)、將變形測量裝置安裝在試件的測試段上，并與拉力試驗機(jī)的計算機(jī)連接； 3)、控制拉力試驗機(jī)的下夾頭向下移動，使試件承受微小拉力； 4)、采用位移控制的加載方式并通過加卸載方式測試應(yīng)力應(yīng)變曲線: a)、假設(shè)拉力試驗機(jī)下夾頭的位移為U，加載前設(shè)定U=O； b)、控制拉力試驗機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動下夾頭向下移動施加位移，位移為u= Au1，然后卸載至載荷為零； C)、再控制下夾頭向下運(yùn)動施加位移，此時位移為u = AuJAu2，然后卸載至載荷為零； d)、依上述步驟逐步施加位移直到試件斷裂； 5)、將變形測量裝置得到的試件應(yīng)變數(shù)據(jù)、拉力試驗機(jī)上力傳感器測到的力輸入至拉力試驗機(jī)的計算機(jī)處理，將力除以試件的截面積得到應(yīng)力，最終獲得到試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，其特征在于:還包括在位移控制加載前將試件到加熱600°C，保溫10-15min的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，其特征在于:所述步驟I)為將陶瓷基復(fù)合材料制成燕尾形試件，將具有燕尾形榫槽的夾具安裝在拉力試驗機(jī)夾頭上，然后通過對中裝置保證上下夾頭對中，再將燕尾形試件卡入榫槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲的線測試方法，其特征在于:所述步驟I)為將陶瓷基復(fù)合材料制成狗骨形試件，切割與狗骨試件夾持段大小形狀相同的鋁制加強(qiáng)片并粘貼在狗骨形試件夾持面上，再將試件夾入試驗機(jī)上下夾頭上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲的線測試方法，其特征在于:所述步驟4)中位移控制的加載速率為0.0lmm/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的陶瓷基復(fù)合材料拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測試方法，其特征在于:所述變形測量裝置為引伸計、應(yīng)變儀或非接觸測試儀。
【文檔編號】G01N3/08GK103913378SQ201410108931
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】宋迎東, 高希光, 孫志剛 申請人:南京航空航天大學(xué)