CN102519935A

CN102519935A - 环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置

Info

Publication number: CN102519935A
Application number: CN2011104078406A
Authority: CN
Inventors: 黄远; 李伟; 何芳; 王玉林
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种用于环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，主要包括上、中、下三块垫板、一压簧和两螺栓联接件；上垫板下面和中垫板上面分别设有垂直对正的第一凹槽，所述第一凹槽轮廓形状略大于被测试样横断面形状；所述中垫板下面和下垫板上面分别设有垂直对正的第二凹槽，所述第二凹槽为圆形；所述压簧两端均嵌入两个第二凹槽中；被测试样两端嵌入两个第一凹槽中；所述上、中、下三块垫板上均设螺栓过孔，所述螺栓将三个垫板固定。本发明装置体积小、结构简单，可直接用于复合材料吸湿实验，实验过程中不用拆装试样，可直接用于吸湿过程中近红外光谱、拉曼光谱的采集。加载应力方便，直接由高性能弹簧加载，应力由弹簧允许应力范围确定。

Description

环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置

技术领域

本发明涉及一种应力加载测试装置，尤其涉及一种用于环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置。

背景技术

复合材料的使用过程中始终会处在不同的应力环境下，因此研究在一定应力环境下复合材料的吸湿行为及其吸湿过程中的残余应力变化，将对该材料的设计和应用提供重要的理论参考依据。

由于纤维和环氧树脂的热膨胀系数不同，另外，在树脂固化过程中，树脂要发生收缩，但纤维限制树脂的收缩，这样在复合材料内存在界面残余应力或界面内应力。作用在基体上的内应力与作用在纤维上的内应力是一对作用力与反作用力。采用微拉曼光谱法表征碳纤维增强环氧树脂复合材料的湿热应力。Raman光谱法测量复合材料湿热残余应力不用破坏试样，实验本身不会遭到湿热的干扰，而且测量精度高。Young Lucas M，Young RJ等人通过碳的特征峰频移研究了单壁碳纳米管复合材料的热效应和变形行为，结果表明加热时碳特征峰左移，而试样变形时，受压应力的峰值左移，受压应力的峰值右移。测定了同一位置点不同情况下的Raman光谱特征峰的偏移，由于碳纤维Raman光谱特征峰的偏移是和应力应变变化呈线性关系的，进而得到纤维不同吸湿时间的湿热应力大小。利用碳纤维单丝应变与Raman频移的关系确定复合材料中吸湿导致的碳纤维应变量；然后利用微力学测试仪测得的碳纤维单丝应力、应变曲线确定不同的应力情况所导致的应力。

目前，在复合材料受力情况下的吸湿行为及其Raman应力测试，使用的是四点弯曲的装置，需要应变片及附属装备来测得材料的变形量，但是整个装置体积大不便于移动、携带，并且价格非常的昂贵。另外，用于测量复合材料吸湿动力学曲线用的应力加载装置，过于的笨重，且受到它的结构特点和大小的限制不能用于Raman光谱的测量。为了深入研究外应力对复合材料在不同应力环境下的吸湿规律及吸湿过程中残余应力的影响，需要测量连续吸湿情况下复合材料同一位置上的Raman光谱，和复合材料在不同应力环境下定点测量Raman光谱并计算其残余应力的变化值，因此，需要开发一种结构要简单、轻巧，且能适用于Raman光谱的载物台。

发明内容

针对现有情况下复合材料的服役情况，提供一种用于环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，本发明依据胡克定律，适用弹簧加载体系，载荷通过弹簧对试样施加一定的应力，可以测定环氧基碳纤维复合材料在应力环境下的吸湿动力学曲线及其应用显微激光拉曼仪对其残余应力的测量。

为了解决上述技术问题，本发明环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，包括上、中、下三块垫板、一个压簧和两个螺栓联接件；上垫板的下面和中垫板的上面均分别设有垂直对正的第一凹槽，所述第一凹槽的轮廓形状略大于被测试样的横断面的形状；所述中垫板的下面和下垫板的上面均分别设有垂直对正的第二凹槽，所述第二凹槽为圆形；所述压簧的两端均嵌入两个第二凹槽中；被测试样的两端嵌入两个第一凹槽中；所述上、中、下三块垫板上均设有螺栓过孔，所述螺栓联接件将三个垫板固定。

本发明环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽的的轴线为同轴设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置是基于胡克定律，适用弹簧加载体系，载荷通过拉簧对试样施加一定的应力。根据弹簧刚度通过控制弹簧变形量和刚度来计算加载应力的大小。本发明结构简单，受力机理清晰，易于加工，价格便宜，夹持的试样不用装卸可直接用于吸湿实验和显微激光拉曼光谱实验，不但易于操作，而且大幅度降低了实验成本。

附图说明

附图是本发明用于环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置夹持试样的示意图。

图中：

1-螺栓联接件 2-上垫板 3-试样

4-中垫板 5-压簧 6-下垫板

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如附图所示，本发明环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，包括上、中、下三个垫板2、4、6，一个压簧5和两个螺栓联接件1；上垫板2的下面和中垫板4的上面均分别设有垂直对正的第一凹槽，为了方便试样的固定和加载，所述第一凹槽的轮廓形状略大于被测试样的横断面的形状，被测试样的两端嵌入两个第一凹槽中；；中垫板4的下面和下垫板6的上面均分别设有垂直对正的用于固定压簧5的第二凹槽，所述第二凹槽为圆形，其内径尺寸稍大于压簧的直径，所述压簧5的两端均嵌入两个第二凹槽中；为了保证测试过程中力的传递方向是条直线，所述第一凹槽和所述第二凹槽的的轴线为同轴设置，且两个螺栓联接件的布局与该轴线对称，所述上垫板(2)、中垫板(4)和下垫板(6)上均设有螺栓过孔，两个螺栓联接件1将三块垫板串起。试样3放于上垫板2和中垫板4之间，加载应力是通过旋转螺栓联接件的螺母来实现的，而应力的大小用弹簧的压缩量来计算。

利用上述环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置的测试过程是：

将试样置于上、中垫板的第一凹槽中，拧动两个螺栓连接件的螺母使得试样既要稳定，又恰好不使试样受到压力。根据压簧的刚度和需要加载的应力，计算出压簧所需要的变形量，或者应用游标卡尺测量受力时中、下垫板中心位置的距离数值和拉簧刚度计算试样的受力。调节螺母使中、下垫板之间的距离达到所需要的数值。至此，就可以对试样施加了所需要的压应力。在压应力状态下，做一些针对试样的测试实验，例如Raman测试，红外光谱的测试等本装置可以达到的实验要求的测试。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，包括上垫板(2)和中垫板(4)，其特征在于：

还包括一个下垫板(6)、一个压簧(5)和两个螺栓联接件(1)；

所述上垫板(2)的下面和所述中垫板(4)的上面均分别设有垂直对正的第一凹槽，所述第一凹槽的轮廓形状略大于被测试样的横断面的形状；所述中垫板(4)的下面和所述下垫板(6)的上面均分别设有垂直对正的第二凹槽，所述第二凹槽为圆形；

所述压簧(5)的两端均嵌入两个第二凹槽中；被测试样的两端嵌入两个第一凹槽中；

所述上垫板(2)、中垫板(4)和下垫板(6)上均设有螺栓过孔，所述螺栓联接件(1)将三个垫板固定。

2.根据权利要求1所述的环氧基碳纤维复合材料压应力加载测试装置，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽的的轴线为同轴设置。