帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料力學(xué)測試領(lǐng)域，具體涉及帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]帶基體纖維束為復(fù)合材料中的主要承力結(jié)構(gòu)。研宄表明，可以通過帶基體纖維束的力學(xué)特性來研宄復(fù)合材料的宏觀和細(xì)觀力學(xué)行為。將帶基體纖維束作為小復(fù)合材料來研宄復(fù)合材料宏觀和細(xì)觀力學(xué)行為是復(fù)合材料多尺度計算領(lǐng)域中的熱門問題。拉剪耦合應(yīng)力狀態(tài)為帶基體纖維束在復(fù)合材料中最常見的應(yīng)力狀態(tài)之一，因此需要開展雙軸拉剪實(shí)驗(yàn)來深入研宄帶基體纖維束的力學(xué)性能。但是帶基體纖維束一般為直徑較小的棒狀材料，因此雙軸拉剪實(shí)驗(yàn)難以開展。
[0003]目前，在現(xiàn)有技術(shù)中主要存在針對纖維束材料的拉伸(中國專利CN101949797B，一種金屬纖維微拉伸力學(xué)性能測試方法及裝置、中國專利CN102426135B，一種碳纖維復(fù)絲及碳纖維線纜拉伸測試用夾具輔助工具)、扭轉(zhuǎn)(中國專利CN104316417A，一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料扭轉(zhuǎn)測試裝置)等試驗(yàn)方法，未見針對纖維束材料雙軸拉剪試驗(yàn)的報道。
[0004]對于非纖維束型材料，現(xiàn)有技術(shù)中主要存在端部帶缺口實(shí)心圓棒試樣(中國專利CN102507343B，《一種形狀記憶合金拉扭實(shí)驗(yàn)試件、夾具及其裝置》，中國專利CN102841012A，《一種拉扭試件夾具》)配合通用拉扭試驗(yàn)機(jī)(如美國MTS公司生產(chǎn)的MTS810型材料試驗(yàn)系統(tǒng))、矩形試樣(中國專利CN103558097A，《薄膜拉剪耦合實(shí)驗(yàn)測試裝置》、中國專利CN102607940A，《一種航空結(jié)構(gòu)的拉剪試驗(yàn)加載裝置》)配合拉剪耦合加載裝置以及采用原位測試儀進(jìn)行雙軸拉剪實(shí)驗(yàn)(中國專利CN103926160A，《拉伸-扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷材料微觀力學(xué)性能原位測試儀》)的實(shí)驗(yàn)方法。現(xiàn)有技術(shù)中端部帶缺口實(shí)心圓棒試樣配合通用拉扭試驗(yàn)機(jī)的方法不需要設(shè)計專門的試驗(yàn)機(jī)，然而帶基體纖維束難以制成端部帶缺口的實(shí)心圓棒試樣。帶基體纖維束雖然可以制成矩形試樣，但該試樣需要配備專門設(shè)計加工的拉剪耦合加載裝置。使用原位測試儀進(jìn)行拉剪實(shí)驗(yàn)時不需要將材料制成特殊的形狀并且測試精度高，但原位測試儀需要根據(jù)材料的幾何特征與力學(xué)特性進(jìn)行重新設(shè)計。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在試樣制備難度大，實(shí)驗(yàn)成本高等缺點(diǎn)，不能有效的實(shí)現(xiàn)帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)。因此，確有必要對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，而供一種制作簡單、實(shí)驗(yàn)成本低、試驗(yàn)件質(zhì)量好、不易打滑的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件及其制備方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，包括圓管試樣，其特征是:圓管試樣由纖維布沉積基體構(gòu)成，圓管試樣中部為測試部，兩端為固定部，測試部內(nèi)只有經(jīng)紗，且經(jīng)紗沿圓周方向周期分布，固定部為編織結(jié)構(gòu)。圓管試樣的固定部管腔內(nèi)過盈配合有防壓潰塞，圓管試樣的固定部外周面嵌套固定有防扭轉(zhuǎn)打滑套，防扭轉(zhuǎn)打滑套為橫截面呈環(huán)形的空心柱體。
[0007]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括:
上述的防扭轉(zhuǎn)打滑套與圓管試樣通過高強(qiáng)度膠水粘結(jié)固定。
[0008]上述的高強(qiáng)度膠水為環(huán)氧樹脂AB膠。
[0009]上述的防壓潰塞由高熱膨脹系數(shù)，高抗壓剛度材料制成。
[0010]上述的高熱膨脹系數(shù)，高抗壓剛度材料為鋁合金。
[0011]一種帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件的制備方法，包括以下步驟:
步驟1、抽出二維編織纖維布中間部分的瑋紗只保留纖維布中間區(qū)域的經(jīng)紗并將多層抽取后的纖維布固定到模具上沉積基體制成圓管試樣；
步驟2、將防壓潰塞置于低溫環(huán)境中使其體積變?。?br> 步驟3、將直徑縮小到小于圓管試樣內(nèi)徑的防壓潰塞放置于圓管試樣管腔的兩端并置于室溫環(huán)境中使防壓潰塞膨脹，使防壓潰塞抵緊圓管試樣固定部管腔內(nèi)壁；
步驟4、在防扭轉(zhuǎn)打滑套的內(nèi)圓柱面涂抹高強(qiáng)度膠水并將防扭轉(zhuǎn)打滑套套在圓管試樣兩端的外周面上；
步驟5、待膠水完全凝固之后便得到帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件。
[0012]步驟2中將防壓潰塞置于0°C至-10°C的環(huán)境中使其體積變小。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件及其制備方法，有益效果在于:
(I)本發(fā)明的圓管試樣能夠?qū)崿F(xiàn)帶基體纖維束的拉剪耦合實(shí)驗(yàn)，并且保證固定部不易被試驗(yàn)機(jī)夾頭夾壞。
[0014](2)本發(fā)明在圓管試樣中加入了由熱膨脹系數(shù)和抗壓剛度高的材料制成的防止試樣被壓潰的防壓潰塞，可保證試樣不會被試驗(yàn)機(jī)的夾頭壓潰。采用熱脹冷縮原理，使得防壓潰塞的安裝過程簡單。
[0015](3)本發(fā)明在圓管試樣外設(shè)置了一對防扭轉(zhuǎn)打滑套，不需要在試樣表面進(jìn)行加工即可達(dá)到防止試樣扭轉(zhuǎn)打滑的效果。
[0016](4)本發(fā)明采用了圓管試樣，比實(shí)心圓棒試樣更加容易制備并且制備出的材料性能更加穩(wěn)定。
[0017](5)本發(fā)明不需要重新設(shè)計加工拉剪耦合加載裝置，使用通用拉扭試驗(yàn)機(jī)即可開展比例及非比例雙軸拉剪耦合實(shí)驗(yàn)，降低了實(shí)驗(yàn)成本。
【附圖說明】
[0018]圖1本發(fā)明中圓管試樣的剖視圖；
圖2本發(fā)明中圓管試樣的側(cè)視圖；
圖3本發(fā)明中雙軸拉剪試驗(yàn)件的剖視圖；
圖4本發(fā)明中雙軸拉剪試驗(yàn)件的三維示意圖；
圖5本發(fā)明中雙軸拉剪試驗(yàn)件的制備流程圖。
[0019]圖中:1-瑋紗、2-經(jīng)紗、3-防壓潰塞、4-防扭轉(zhuǎn)打滑套、5-圓管試樣。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]本發(fā)明帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件的制備方法，包括以下步驟:
步驟1、為了使制備的帶基體纖維束試樣與編織復(fù)合材料中的形態(tài)保持一致，并使纖維束呈周期分布，抽出二維編織纖維布中間部分的瑋紗I只保留纖維布中間區(qū)域的經(jīng)紗2并將多層抽取纖維布固定到模具上沉積基體制成圓管試樣5，如圖1、圖2所示；
步驟2、將由高熱膨脹系數(shù)，高抗壓剛度材料制成的防壓潰塞3置于(TC?-10°C環(huán)境中使其體積變?。桓邿崤蛎浵禂?shù)，高抗壓剛度材料為鋁合金；
步驟3、將直徑縮小到小于圓管試樣5內(nèi)徑的防壓潰塞3放于圓管試樣5的兩端并置于室溫環(huán)境中使防壓潰塞3膨脹直至防壓潰塞3抵緊圓管試樣5 ;
步驟4、在防扭轉(zhuǎn)打滑套4的內(nèi)圈涂抹高強(qiáng)度膠水并套在圓管試樣5的兩端；高強(qiáng)度膠水為環(huán)氧樹脂AB膠；
步驟5、待膠水完全凝固之后便得到雙軸拉剪試驗(yàn)件，如圖4所示，將圓管試樣5裝夾到通用拉扭試驗(yàn)機(jī)上即可開展帶基體纖維束的雙軸拉剪實(shí)驗(yàn)。
[0022]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。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)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，包括圓管試樣(5)，其特征是:所述的圓管試樣(5)由纖維布沉積基體構(gòu)成，所述的圓管試樣(5)中部為測試部，兩端為固定部，測試部內(nèi)只有經(jīng)紗(2)，且經(jīng)紗(2)沿圓周方向周期分布，固定部為編織結(jié)構(gòu)，所述的圓管試樣(5)的固定部管腔內(nèi)過盈配合有防壓潰塞(3)，所述的圓管試樣(5)的固定部外周面嵌套固定有防扭轉(zhuǎn)打滑套(4)，所述的防扭轉(zhuǎn)打滑套(4)為橫截面呈環(huán)形的空心柱體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，其特征是:所述的防扭轉(zhuǎn)打滑套(4)與圓管試樣(5)通過高強(qiáng)度膠水粘結(jié)固定。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，其特征是:所述的高強(qiáng)度膠水為環(huán)氧樹脂AB膠。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，其特征是:所述的防壓潰塞(3)由高熱膨脹系數(shù)，高抗壓剛度材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，其特征是:所述的高熱膨脹系數(shù)，高抗壓剛度材料為鋁合金。6.一種如權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件的制備方法，其特征是:包括以下步驟: 步驟1、抽出二維編織纖維布中間部分的瑋紗(I)只保留纖維布中間區(qū)域的經(jīng)紗(2)并將多層抽取后的纖維布固定到模具上沉積基體制成圓管試樣(5); 步驟2、將防壓潰塞(3)置于低溫環(huán)境中使其體積變??； 步驟3、將縮小到合適尺寸的防壓潰塞防壓潰塞(3)放于圓管試樣(5)管腔的兩端并置于室溫環(huán)境中使防壓潰塞(3)膨脹，使防壓潰塞(3)抵緊圓管試樣(5)固定部管腔內(nèi)壁； 步驟4、在防扭轉(zhuǎn)打滑套(4)的內(nèi)圓柱面涂抹高強(qiáng)度膠水并將防扭轉(zhuǎn)打滑套(4)套在圓管試樣(5)兩端的外周面上； 步驟5、待膠水完全凝固之后便得到帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件的制備方法，其特征是:步驟2中將防壓潰塞(3)置于0°C至-10°C的環(huán)境中使其體積變小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了帶基體纖維束的雙軸拉剪試驗(yàn)件，包括圓管試樣，其特征是：圓管試樣由纖維布沉積基體構(gòu)成，圓管試樣中部為測試部，兩端為固定部，位于圓管試樣測試部的纖維布為抽除緯紗只保留經(jīng)紗的纖維結(jié)構(gòu)，圓管試樣的固定部管腔內(nèi)過盈配合有防壓潰塞，圓管試樣的固定部外周面嵌套固定有防扭轉(zhuǎn)打滑套。本發(fā)明具有制作簡單、實(shí)驗(yàn)成本低、試驗(yàn)件質(zhì)量好不易打滑的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N3/00, G01N1/28
【公開號】CN104913969
【申請?zhí)枴緾N201510266032
【發(fā)明人】高希光, 宋迎東, 于國強(qiáng)
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月22日