CN102841011A - 用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具 - Google Patents

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付绍云
渠成兵
肖红梅
刘玉
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Abstract

用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的夹具由形状结构一致底面相对放置的上、下夹头组成；上、下夹头均由夹头主体、导向螺杆和齿牙元件组成；夹头主体左、右侧面上部为弧面；夹头主体前表面上部设一贯通前后面的水平通孔；夹头主体前表面下部设一贯通前、后及底面的上宽下窄的锥形通槽；锥形通槽左右两侧面上装齿牙相对的齿牙元件；齿牙元件底面有垂向导向滑槽；底面与锯齿面向下延伸呈8～10°夹角；夹头主体左、右侧面下部分别设上下排列内装导向螺栓的螺纹孔，导向螺栓的柱形端部伸进并在垂向导向滑槽内滑动；具有安装方便、导向准确、有效克服低温下试样与夹具间的打滑，适于标准或非标准纤维复合材料材在低温下的拉伸力学性能测试。

Description

用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具
技术领域
本发明涉及一种试验夹具，特别涉及一种用于测试纤维增强复合材料哑铃型板材小试样室温～4.2K拉伸力学性能的测试夹具。
背景技术
目前随着新型纤维增强复合材料的不断涌现，其优良的力学性能、与同等体积的金属相比质量小等特点获得了广泛的关注。特别是一些纤维增强复合材料在国防、航天及民用领域潜在的应用前景，研究并获得相关纤维增强复合材料的低温力学拉伸性能，特别是超低温(77K至4.2K)力学性能显得尤为迫切。但是目前鉴于以下原因的束缚有些纤维增强复合材料的低温力学拉伸性能测试不能有效地进行。
1、目前纤维增强复合材料在室温下的拉伸力学性能测试多数依照国标采用尺寸比较大的哑铃型或长条形板材试样进行测试。鉴于一些纤维增强复合材料如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料在超低温下抗拉强度与室温相比有显著的增加、室温下测试时使用的夹具耐低温的性能有限、低温夹持时试样与夹具间打滑、肩扛式夹具容易挤压破坏试样、低温杜瓦内的测试空间有限等外界环境的束缚，测试不能有效的进行。
2、目前材料的超低温(77K至4.2K)力学性能测试多数采用的是液氦作冷源。我国是一个贫氦的国家，现在的液氦全需要进口，价格极其昂贵并受制于人，因此在获得有效数据的同时应尽量的缩小测试试样尺寸来节省有限的宝贵资源液氦。
由于以上两个方面条件的限制，需要采用国标或ISO标准规定的哑铃型板材小试样来完成低温力学性能测试。采用哑铃型板材小试样进行测试可以有效地克服低温杜瓦测试空间有限的困难，并能节省一部分冷却用的液氦。但是目前国内还没有有效地用来测试纤维增强复合材料在低温乃至超低温下的拉伸力学性能的夹持工装，主要存在的问题是夹具在试样的拉伸过程中不能导向、测试试样拉伸时发生打滑倾斜、夹具本身受力时变形较大等。所以研究纤维增强复合材料试样低温拉伸力学性能测试的试验夹具具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于测试纤维增强复合材料板材小试样拉伸力学测试夹具，其具有安装方便，导向准确，抗变形能力强，适用于多种标准或非标准尺寸的纤维增强复合材料的测试，具有适用于室温～4.2K(室温至液氦沸点温度)广阔测试温区的特点。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具，其由形状结构完全一致的底面相对放置的上夹头1和下夹头2组成；
所述上夹头1和所述下夹头2均由夹头主体10、导向螺杆11和齿牙元件12组成；
所述夹头主体10的左侧面101和右侧面102的上部均为半径60～70mm弧面；所述夹头主体10的前表面100上部设有一个贯通前后表面的水平通孔13；所述夹头主体10前表面100下部设有一个贯通前、后表面及底面的上宽下窄的锥度为15～18°的锥形通槽；所述锥形通槽的左右两侧面上分别安装齿牙相对的齿牙元件12；
所述齿牙元件12具有一个带有垂向导向滑槽14的底面和一个具有锯齿牙的锯齿面；所述底面与所述锯齿面向下延伸呈8～10°夹角；
所述夹头主体10的左侧面101下部和右侧面102下部分别设有上下排列的通向所述锥形通槽的螺纹孔，其螺纹孔内安装导向螺栓11，所述导向螺栓11伸进所述垂向导向滑槽14之内的柱形端部长度为2～4mm，直径为4～5mm，所述导向螺栓11的柱形端部在垂向导向滑槽14内滑动；
所述齿牙元件12的锯齿牙向上的倾角为40～50°；锯齿牙齿高为1～1.5mm；所述两个齿牙元件12齿端相隔1～4mm；两个齿牙元件12的相邻锯齿的齿间隔为1～4mm。
所述的上夹头1和下夹头2的材质一致，并以不锈钢材质为较佳。
本发明提供的用于测试纤维增强复合材料板材小试样拉伸力学测试夹具具有以下优点：
1、适用于不同纤维增强复合材料板材小试样的拉伸力学性能测试；
2、安装方便、加持牢固试样与夹具间不打滑、试样拉伸过程中不会出现倾斜导向性良好、夹具主体不变形等；
3、适用于宽的温度范围(室温～4.2K)；
4、可以进行标准或非标准试样的测试，节约冷源，降低测试的成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为上夹头1(下夹头2)的结构示意图；
图3为齿牙元件12的结构示意图；
图4为导向螺杆11的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步描述本发明。
图1为本发明的结构示意图；图2为上夹头1(下夹头2)的结构示意图；图3齿牙体12的结构示意图；图4为导向螺杆11的结构示意图。由图可知，本发明提供的用于测试纤维增强复合材料板材小试样拉伸力学测试夹具，其由形状结构完全一致的底面相对放置的上夹头1和下夹头2组成；
如图2所示，所述上夹头1由一个U型结构的夹头主体10和齿牙元件12及导向螺杆11组成；所述夹头主体10的100面的上部有一个穿插销杆的通孔13；夹头主体10的两个侧面101、102的上部分是半径为60～70mm的弧面；夹头主体10侧面101、102的下部分别是与其U型结构内侧的两个相对应的面平行，在夹头主体10外侧101、102面的下部分分别上下并排分布两个用来固定导向螺杆11的螺纹通孔；
所述上夹头1由夹头主体10、导向螺杆11和齿牙元件12组成；
所述夹头主体10的左侧面101和右侧面102的上部均为半径60～70mm弧面；所述夹头主体10的前表面100上部设有一个贯通前后表面的水平通孔13；所述夹头主体10前表面100下部设有一个贯通前、后表面及底面的上宽下窄的锥度为15～18°的锥形通槽；所述锥形通槽的左右两侧面上分别安装一个齿牙相对的齿牙元件12；
如图3所示，所述齿牙元件12具有一个带有垂向导向滑槽14的齿牙体底面、一个具有锯齿牙的锯齿面；所述齿牙体底面与所述锯齿面向下延伸呈8～10°夹角；
所述夹头主体10的左侧面101下部和右侧面102下部分别设有上下排列的通向所述锥形通槽的螺纹孔，其螺纹孔内安装导向螺栓11，所述导向螺栓11伸进所述垂向导向滑槽14之内的柱形端部长度为2～4mm，直径为4～5mm，所述导向螺栓11的柱形端部在垂向导向滑槽14内滑动(如图4所示)；
所述齿牙元件12的锯齿牙向上的倾角为40～50°；锯齿牙齿高为1～1.5mm；
所述两个齿牙元件12齿端相隔1～4mm。两个齿牙元件12的相邻锯齿的间隔为1～4mm
所述导向螺杆11是一个螺杆头为内六角型的结构，其螺纹长度为10～16mm，导向端头无螺纹其长度为2～4mm，导向端头的直径为4～5mm。
所述上夹头1和下夹头2的材质一致并要求耐低温。所述上夹头1和下夹头2及各零部件均由不锈钢材质制作为较佳。
本发明的组装及使用如下：
首先分别组装上夹头1和下夹头2。
上夹头1的组装：把齿牙元件12带有导向滑槽14的底面沿着夹头主体10锥形通槽的内侧面放置，使两个齿牙元件12的锯齿端相对其间距为1～4mm，接着把导向螺栓11固定在夹头主体10的螺纹通孔内，使导向螺栓11的柱形端部卡在齿牙元件12底面导向滑槽14内；把符合国家标准的待测试样3的夹持端装卡在两齿牙元件12锯齿面之间的空隙里，向下滑动两齿牙元件12夹紧试样3；
下夹头2的组装以及和试样3的夹持方案与上夹头1完全一致。
把固定销杆分别插入上夹头1、下夹头2的通孔13内并固定在低温测试系统的上下承力头上，把装有上述低温测试系统的真空杜瓦连接在试验机的横梁上。
试验时，把齿牙元件12带有导向滑槽14的面沿着夹头主体10的内侧面放置，使两个齿牙元件12的锯齿面之间的距离为1～4mm，将导向螺杆11旋进夹头主体10侧面101、102的螺纹通孔内，导向螺杆11的柱形端部嵌在导向滑槽14内；将符合国家标准要求的纤维增强复合材料板材试样3两端各加工一尺寸为20*10～20*20mm的夹持端，夹持端的厚度为2～4mm；把待测试样3的夹持端装卡在两齿牙元件12锯齿面之间的空隙里，滑动两齿牙元件12夹紧试样3；组装好的纤维增强复合材料板材小试样拉伸力学测试系统通过穿插在通孔13内的销杆连接在低温测试系统上，该低温测试系统装在真空杜瓦内，真空杜瓦与试验机的横梁连接，整个测试系统的承力轴与万能材料试验机WD-10A或Instron 5882上的万向连接器准确连接；通过计算机控制试验机的横梁向下运行完成拉伸力学性能的测试试验。在拉伸的过程中，随着试样3在试验机横梁的运动下逐渐被拉紧；齿牙元件12与试样3之间的咬合力也逐渐增大，齿牙元件12在夹头主体10内沿着其内侧面发生微小位移；导向螺杆11的导向端头刚好嵌在齿牙元件12背面纵贯其的导向滑槽14内，这样就保证了试样3与齿牙元件12微小运动的方向沿试验机拉力的方向；夹头主体10侧面101、102上部分的弧面在试样3受力拉伸的过程中可以用来分散夹头主体10所受的应力。在拉伸过程中载荷传感器通过计算机数据采集系统自动记录应力变化。

Claims (3)

1.一种用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具，其由形状结构完全一致的底面相对放置的上夹头(1)和下夹头(2)组成；
所述上夹头(1)和所述下夹头(2)均由夹头主体(10)、导向螺杆(11)和齿牙元件(12)组成；
所述夹头主体(10)的左侧面(101)和右侧面(102)的上部均为半径60～70mm弧面；所述夹头主体(10)的前表面(100)上部设有一个贯通前后表面的水平通孔(13)；所述夹头主体(10)前表面(100)下部设有一个贯通前、后表面及底面的上宽下窄的锥度为15～18°的锥形通槽；所述锥形通槽的左右两侧面上分别安装齿牙相对的齿牙元件(12)；
所述齿牙元件(12)具有一个带有垂向导向滑槽(14)的底面和一个具有锯齿牙的锯齿面；所述底面与所述锯齿面向下延伸呈8～10°夹角；
所述夹头主体(10)的左侧面(101)下部和右侧面(102)下部分别设有上下排列的通向所述锥形通槽的螺纹孔，其螺纹孔内安装导向螺栓(11)，所述导向螺栓(11)伸进所述垂向导向滑槽(14)之内的柱形端部长度为2～4mm，直径为4～5mm，所述导向螺栓(11)的柱形端部在垂向导向滑槽(14)内滑动；
所述齿牙元件(12)的锯齿牙向上的倾角为40～50°；锯齿牙齿高为1～1.5mm；所述两个齿牙元件(12)齿端相隔1～4mm；两个齿牙元件(12)的相邻锯齿的齿间隔为1～4mm。
2.按权利要求1所述的用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具，其特征在于，所述的上夹头(1)和下夹头(2)材质一致。
3.按权利要求1或2所述的用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具，其特征在于，所述的上夹头(1)和下夹头(2)为不锈钢材质。
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