CN102426140A

CN102426140A - 高应变率下pvb材料的拉伸试验装置及实验方法

Info

Publication number: CN102426140A
Application number: CN2011102858850A
Authority: CN
Inventors: 臧孟炎; 杨忠高
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明公开了高应变率下PVB材料的拉伸试验装置及实验方法，试验装置包括基座、轴承支架、卷筒、牵引绳、立柱、缓冲器、导轨、测距传感器、试样夹具、传动轴、轴承座、离合器、刹车装置、动力驱动机构；实验方法通过动力驱动机构提供高速转动的动力源，带动传动轴转动，当转速稳定后离合器吸合带动卷筒转动回收牵引绳，并带动试样夹具在导轨上直线运动，当试样被拉断后，离合器分离，刹车装置开始制动使卷筒停止转动；本发明可以低成本的实现高应变率下PVB材料的拉伸试验。

Description

高应变率下PVB材料的拉伸试验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及到PVB材料的拉伸试验装置，特别涉及到高应变率下PVB材料的拉伸试验装置及其实验方法。

背景技术

PVB聚乙烯醇缩丁醛的简称，是一种多用途的树脂。多年来，凭借其出色的透光性和粘接性，PVB材料已经成为夹层聚合物，尤其是汽车夹层挡风玻璃的首选对像。美国高速公路安全管理局(NHTSA)制定的Standard205第五章“玻璃材料”中，将乘员(行人)保护列为了挡风玻璃设计和制造的最终目的，并规定乘用车上必须使用夹层安全玻璃作为风挡玻璃。全世界每年关于汽车的交通事故造成很多死亡。例如2008年美国5094人被报道死于人车碰撞事故，与其相比同年中国25308人在人车碰撞事故中死亡。而导致人车碰撞事故中行人死亡的一个很重要因素便是行人头部与风挡玻璃相碰撞。因此，在碰撞安全中挡风玻璃是一个极其重要的车辆部件。在挡风玻璃中作为一个能量吸收夹层材料，PVB的力学特性应该受到深入的研究，特别是在高速碰撞情况下。

PVB是一种粘弹性材料，对应变率等因素非常敏感。尽管PVB作为一种挡风玻璃夹层材料已经超过七十多年，但迄今为止针对于PVB材料力学特性的研究却很少，而且没有涉及到高应变率下的动态力学性能。由于缺乏可靠的实验数据来源，研究人员在对PVB夹层玻璃进行分析研究时，无论是本构模型描述或者数值模拟都未取得很好的效果。在PVB夹层玻璃高速碰撞研究中，PVB材料在高应变率下的拉伸力学性能是一个需要考虑的重要因素，而如何获得这一参数一直困扰着研究人员。

本发明通过动力驱动机构提供动力源，带动传动轴转动，当转速稳定后离合器吸合带动卷筒高速转动，回收牵引绳，并带动试样夹具在导轨上直线运动，从而实现高应变率下的PVB材料拉伸试验。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种高应变率下PVB材料的拉伸试验装置及其实验方法，使拉伸试验的应变率达到10²S^-1~10⁴S^-1，且成本较低，具体技术方案如下。

一种高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，包括基座、卷筒、牵引绳、导轨、一对试样夹具、传动轴、轴承座、变速箱传动轴和离合器；所述导轨和轴承支架安装在基座上，所述一对试样夹具包括一个固定在导轨一端的固定夹具和一个能在牵引绳带动下在所述导轨上移动的可移动夹具，导轨的另一端设有当试样被可移动夹具拉断后减缓可移动夹具移动的缓冲器，固定夹具上还安装有用于实时测量试样拉伸距离的测距传感器，卷筒通过卷筒传动轴安装在轴承座上，卷筒传动轴通过离合器与变速箱传动轴连接，变速箱传动轴与用于提供动力源的动力驱动机构连接，牵引绳的一端与可移动夹具连接，另一端与卷筒连接。

上述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置中，卷筒与传动轴通过花键连接。

上述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置中，所述动力驱动机构包括电机和变速箱，变速箱输出轴与变速箱传动轴之间通过带传动进行动力传送，变速箱传动轴安装在轴承座上。

上述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置中，所述导轨通过立柱安装在基座上。

上述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置中，牵引绳由细钢丝构成。

上述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置中，还包括用于制动使卷筒停止转动的刹车装置。

上述拉伸试验装置的试验方法，具体是将试样安装在固定夹具和可移动夹具之间，电机经过变速箱变速后，通过带传动带动变速箱传动轴转动，当转速稳定后，离合器吸合，带动卷筒传动轴转动，卷筒传动轴带动卷筒转动并开始回收牵引绳，从而拉动可移动夹具在导轨上运动；当试样被拉断后，离合器分离，刹车装置开始制动使卷筒停止转动；利用距离测量传感器实时测量试样拉伸的距离，从而计算出拉伸试样的应变。

上述方法中，在拉伸过程中通过调速电机输出转速，然后通过变速箱变速后带动卷筒回收牵引绳，把旋转运动变成移动夹具的直线运动。转速与夹具直线运动速度的转换按照如下公式来计算：

V=2πnr/60，其中V为夹具直线运动速度单位为m/s，n为卷筒转速，单位为r/min；r为卷筒半径，单位为m。

应变率ε的计算按如下公式进行计算：ε=1000V/L，其中ε为应变率，单位为/s^-1，V为夹具移动速度，单位为m/s，L为样件测试长度，单位为mm，样件尺寸按照ISO_37-2005标准制作；当r=0.2m，L=10mm，卷筒转速为50转/分钟时，移动夹具的直线运动速度为1.05m/S，此时的应变率为1.05×10²S^-1。当r=0.2m，L=10mm，卷筒转速为4800转/分钟时，移动夹具的直线运动速度为100.48m/S，此时的应变率为1.0048×10⁴S^-1。

在拉伸过程中，关键的是控制变速箱输出的转速，便能把应变率控制在10²S^-1~10⁴S^-1范围内。

与现有技术相比，本发明提供的装置结构简单，操作方便，采用了上述的技术方案，通过动力驱动机构带动卷筒高速旋转，卷筒回收牵引绳拉动其中一个试样夹具，把旋转运动转变成夹具在导轨上的直线运行，而另外一个夹具固定在导轨的末端不动，从而对试样进行拉伸试验。通过控制变速箱的输出转速，可进行高应变率下PVB材料进行拉伸试验，使拉伸试验的应变率达到10²S^-1~10⁴S^-1，且成本较低。

附图说明

图1为本发明装置的示意图。

具体实施方案

以上内容已经对本发明做了清楚完整的说明，下面将结合附图对本发明的实施作进一步的详细描述。

如图1，一种高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，包括基座1、卷筒4、牵引绳11、导轨17、一对试样夹具（12、15）、卷筒传动轴3、变速箱传动轴7、轴承座5和离合器6；所述导轨和轴承支架（图中略）安装在基座上，所述一对试样夹具包括一个固定在导轨一端的固定夹具15和一个能在牵引绳带动下在所述导轨上移动的可移动夹具12，导轨的另一端设有当试样被可移动夹具拉断后减缓可移动夹具移动的缓冲器，固定夹具上还安装有用于实时测量试样拉伸距离的测距传感器，卷筒通过卷筒传动轴安装在轴承座上，卷筒传动轴通过离合器与变速箱传动轴连接，变速箱传动轴与用于提供动力源的动力驱动机构连接，牵引绳的一端与可移动夹具连接，另一端与卷筒连接。

拉伸试验过程中，试样16安装在固定夹具15和可移动夹具12之间，电机经过变速箱变速后，通过带传动带动变速箱传动轴转动，当转速稳定后，离合器6吸合，带动卷筒传动轴3转动，卷筒传动轴3带动卷筒4转动并开始回收牵引绳4，从而拉动夹具8在导轨7上运动，其中卷筒3与传动轴15通过花键连接，可更换不同直径的卷筒。当试验被拉断后，离合器4分离，刹车装置2开始制动使卷筒传动轴3及卷筒4停止转动。

通过控制变速箱的输出转速，可进行高应变率下PVB材料进行拉伸试验，使拉伸试验的应变率达到10²S^-1~10⁴S^-1，且成本较低。表1是本发明对pvb材料的拉伸实验测试结果。

表1

卷筒转速 r/min	夹具运动速度 m/s	应变率 /s^-1	最大拉力 N	拉力最大时样件伸长量mm
					50	1.05	1.05×10²S^-1	42.8	76
600	12.56	1.256×10³S^-1	96.5	58
					4800	100.48	1.0048×10⁴S^-1	165.3	34

Claims

1.一种高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，其特征在于包括基座、卷筒、牵引绳、导轨、一对试样夹具、传动轴、轴承座、变速箱传动轴和离合器；所述导轨和轴承支架安装在基座上，所述一对试样夹具包括一个固定在导轨一端的固定夹具和一个能在牵引绳带动下在所述导轨上移动的可移动夹具，导轨的另一端设有当试样被可移动夹具拉断后减缓可移动夹具移动的缓冲器，固定夹具上还安装有用于实时测量试样拉伸距离的测距传感器，卷筒通过卷筒传动轴安装在轴承座上，卷筒传动轴通过离合器与变速箱传动轴连接，变速箱传动轴与用于提供动力源的动力驱动机构连接，牵引绳的一端与可移动夹具连接，另一端与卷筒连接。

2.根据权利要求1所述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，其特征是：卷筒与传动轴通过花键连接。

3.根据权利要求1所述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，其特征是：所述动力驱动机构包括电机和变速箱，变速箱输出轴与变速箱传动轴之间通过带传动进行动力传送，变速箱传动轴安装在轴承座上。

4.根据权利要求1所述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，其特征是：所述导轨通过立柱安装在基座上。

5.根据权利要求1所述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，其特征是：牵引绳由细钢丝构成。

6.根据权利要求1所述的高应变率下PVB材料的拉伸试验装置，其特征在于还包括用于制动使卷筒停止转动的刹车装置。

7.利用权利要求1~6任一项所述拉伸试验装置的试验方法，其特征在于将试样安装在固定夹具和可移动夹具之间，电机经过变速箱变速后，通过带传动带动变速箱传动轴转动，当转速稳定后，离合器吸合，带动卷筒传动轴转动，卷筒传动轴带动卷筒转动并开始回收牵引绳，从而拉动可移动夹具在导轨上运动；当试样被拉断后，离合器分离，刹车装置开始制动使卷筒停止转动；利用距离测量传感器实时测量试样拉伸的距离，从而计算出拉伸试样的应变。

8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于通过控制变速箱输出的转速，把应变率控制在10²S^-1~10⁴S^-1。