CN103913378A - 陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，属于无机非金属材料技术领域。包括以下步骤：制作陶瓷基复合材料板材试件并夹入拉力试验机上下夹头中；将变形测量装置安装在试件的测试段上，并与拉力试验机的计算机连接；控制拉力试验机的下夹头向下移动，使试件承受微小拉力；采用位移控制的加载方式并通过加卸载方式测试应力应变曲线；将试件应变数据，拉力试验机上力传感器测到的力进行处理，最终获得到试件的应力应变曲线。本发明能有效避免了由于引力集中导致试件过早断裂而无法对拉伸应力应变曲线进行测试的问题；其采用常规的测试设备，对试件和夹具的加工精度要求较低，测试成功率高，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，具体讲是一种陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，属于无机非金属材料技术领域。
背景技术
碳纤维增强陶瓷或碳纤维增强碳基体复合材料具有高比刚度、比强度和良好的断裂韧性和耐磨性等特点，且拥有较好的耐高温性能，在惰性环境中超过2000℃仍能保持强度基本不下降，是军事、能源及交通运输等行业中非常有潜力的高温结构材料。
应力应变曲线是进行结构分析所必需的材料性能曲线。尽管陶瓷基体和碳纤维都属于脆性材料，但由于存在基体开裂、界面脱粘摩擦以及纤维逐步断裂等失效机制，陶瓷基复合材料的应力应变曲线表现为明显的非线性特征。目前陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法大多采用美国材料与试验协会（AmericanSociety for Testing and Materials,ASTM）测试标准C1359。该标准对试件形状、加载速率以及试验机的对中装置等进行了较为详细的规定。但是该方法对试件、夹具的加工精度要求相对较高，实验过程中必需严格确保拉伸试样与夹具的良好对中，否则试件上存在弯曲载荷，使得试件过早断裂而导致无法测得陶瓷基复合材料的拉伸应力应变曲线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种工艺简便易行、对试件和夹具的加工精度要求较低的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线测试方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，具体包括以下步骤：
1)、制作陶瓷基复合材料板材试件并夹入拉力试验机上下夹头中；
2)、将变形测量装置安装在试件的测试段上，并与拉力试验机的计算机连接；
3)、控制拉力试验机的下夹头向下移动，使试件承受微小拉力；
4)、采用位移控制的加载方式并通过加卸载方式测试应力应变曲线：
a)、假设拉力试验机下夹头的位移为u，加载前设定u=0；
b)、控制拉力试验机的执行机构带动下夹头向下移动施加位移，位移为u＝Δu1，然后卸载至载荷为零；
c)、再控制下夹头向下运动施加位移，此时位移为u＝Δu1+Δu2，然后卸载至载荷为零；
d)、依上述步骤逐步施加位移直到试件断裂；
5)、将变形测量装置得到的试件应变数据、拉力试验机上力传感器测到的力输入至拉力试验机的计算机处理，将力除以试件的截面积得到应力，最终获得到试件的应力应变曲线。
本发明陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，还包括在位移控制加载前将试件到加热600℃、保温10-15min的步骤。
本发明中，所述步骤1)为将陶瓷基复合材料制成燕尾形试件，将具有燕尾形榫槽的夹具安装在拉力试验机夹头上，然后通过对中装置保证上下夹头对中，再将燕尾形试件卡入榫槽内。
本发明中，所述步骤1)为将陶瓷基复合材料制成狗骨形试件，切割与狗骨试件夹持段大小形状相同的铝制加强片并粘贴在狗骨形试件夹持面上，再将试件夹入试验机上下夹头上。
本发明中，所述步骤4)中位移控制的加载速率为0.01mm/min。
本发明中，所述变形测量装置为引伸计、应变仪或非接触测试仪。
本发明的有益效果在于：(1)、本发明充分利用了陶瓷基复合材料具有伪塑性的特点，即使存在夹具与试件之间因接触不良引起的应力集中或者对中不良导致的应力集中，应力集中仍可以在加卸载的过程中逐步消除，从而避免了由于引力集中导致试件过早断裂而无法对拉伸应力应变曲线进行测试的问题；(2)、本发明采用常规的测试设备，对试件和夹具的加工精度要求较低，测试成功率高，易于实现。
附图说明
图1为本发明测试应力应变曲线用拉力试验机结构图；
图2为本发明实施例1燕尾试件示意图；
图3为本发明实施例1引伸计装配示意图；
图4为本发明实施例2狗骨形试件示意图；
图5为本发明实施例2应变仪装配示意图；
图6为本发明实施例3非接触测试仪装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所用拉力试验机包括基座1、执行机构2、下夹头3、上夹头5、力传感器6、横梁7。执行机构2安装基座1，下夹头3安装在执行机构2，执行机构2可带动下夹头3上下移动，基座1正上方设有横梁7，横梁7下方安装传感器6，传感器6连接微机处理系统，传感器6下方安装上夹头5，上夹头5与下夹头3位置相互对应，用于夹持陶瓷基复合材料试件4。
实施例1
（1）、选取长度L为120mm、宽度W为10mm的陶瓷基复合材料板材，加工成燕尾形试件，如图2所示；
（2）、将具有燕尾形榫槽的夹具加载在拉力试验机夹头上，然后通过对中装置保证上下夹头对中，随后将燕尾形试件卡入榫槽内；
（3）、首先将引伸计的引伸杆固定在燕尾形试件测试段两端，然后将引伸计信号线连接拉力试验机的计算机,测量记录燕尾形试件的应变数据，如图3所示；
（4）、启动拉力试验机，通过执行机构调整下夹头向下移动，使燕尾形试件承受微小拉力；
（5）、启动加热装置，加热燕尾形试件到试验600℃，并保温10-15min，使得燕尾形试件温度均匀；
（6）、采用位移控制方式，加载速率控制在0.01mm/min；采用加卸载方式测试应力应变曲线，具体步骤如下：假设拉力试验机夹头的位移为u，加载前设定u=0；加载时首先控制拉力试验机下夹头由执行机构带动向下移动，位移为u＝Δu1；然后控制拉力试验机下夹头向上运动，并卸载至拉伸载荷为零；再控制试验机下夹头向下运动，位移为u＝Δu1+Δu2；然后控制拉力试验机下夹头向上运动，并卸载至拉伸载荷为零；再继续控制试验机下夹头向下运动，位移为u＝Δu1+Δu2+Δu3，然后控制试验机下夹头向上运动直至拉伸载荷为零；如此周而复始直至试件断裂；
（7）、将引伸计测得的应变和拉伸试验机上力传感器测得的力输出到拉力试验机的计算机保存，将力除以试件的截面积得到应力，最终获得燕尾形试件的应力应变曲线，完成测试。
实施例2
（1）、选取长度L为120mm，宽度W为10mm的陶瓷基复合材料板材，加工成狗骨形试件，如图3所示；
（2）、切割与狗骨形试件夹持段大小形状相同的铝制加强片，采用高强度结构胶将加强片粘贴在狗骨形试件夹持面上，待结构胶完全固化后将狗骨形试件放入拉力试验机夹头上调整对中，然后夹紧狗骨形试件。
（3）、首先将应变仪上的应变片粘贴在狗骨形试件测试段的表面，然后将应变片连接至应变仪，最后将应变仪连接到拉力试验机的计算机，以测量记录狗骨形试件的应变数据，如图5所示；
（4）、启动拉力试验机，通过执行机构调整下夹头向下移动，使狗骨形试件承受微小拉力；
（5）、采用位移控制方式，加载速率控制在0.01mm/min；采用加卸载方式测试应力应变曲线，具体步骤如下：假设拉力试验机夹头的位移为u，加载前设定u=0；加载时首先控制拉力试验机下夹头由执行机构带动向下移动，位移为u＝Δu1；然后控制拉力试验机下夹头向上运动，并卸载至拉伸载荷为零；再控制试验机下夹头向下运动，位移为u＝Δu1+Δu2；然后控制拉力试验机下夹头向上运动，并卸载至拉伸载荷为零；再继续控制试验机下夹头向下运动，位移为u＝Δu1+Δu2+Δu3，然后控制试验机下夹头向上运动直至拉伸载荷为零；如此周而复始直至试件断裂；
（6）、将应变仪测得的应变和拉伸试验机上力传感器测得的力输出到拉力试验机的计算机保存，将力除以试件的截面积得到应力，最终获得狗骨形试件的应力应变曲线，完成测试。
实施例3
步骤（3）为首先将非接触测试仪的摄像头对准狗骨形试件测试段，然后将非接触测试仪与拉力试验机的计算机连接，以测量记录狗骨形试件的应变数据，如图6所示。其余步骤与实施例2相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、制作陶瓷基复合材料板材试件并夹入拉力试验机上下夹头中；
2)、将变形测量装置安装在试件的测试段上，并与拉力试验机的计算机连接；
3)、控制拉力试验机的下夹头向下移动，使试件承受微小拉力；
4)、采用位移控制的加载方式并通过加卸载方式测试应力应变曲线：
a)、假设拉力试验机下夹头的位移为u，加载前设定u=0；
b)、控制拉力试验机的执行机构带动下夹头向下移动施加位移，位移为u＝Δu1，然后卸载至载荷为零；
c)、再控制下夹头向下运动施加位移，此时位移为u＝Δu1+Δu2，然后卸载至载荷为零；
d)、依上述步骤逐步施加位移直到试件断裂；
5)、将变形测量装置得到的试件应变数据、拉力试验机上力传感器测到的力输入至拉力试验机的计算机处理，将力除以试件的截面积得到应力，最终获得到试件的应力应变曲线。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，其特征在于：还包括在位移控制加载前将试件到加热600℃，保温10-15min的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，其特征在于：所述步骤1)为将陶瓷基复合材料制成燕尾形试件，将具有燕尾形榫槽的夹具安装在拉力试验机夹头上，然后通过对中装置保证上下夹头对中，再将燕尾形试件卡入榫槽内。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲的线测试方法，其特征在于：所述步骤1)为将陶瓷基复合材料制成狗骨形试件，切割与狗骨试件夹持段大小形状相同的铝制加强片并粘贴在狗骨形试件夹持面上，再将试件夹入试验机上下夹头上。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲的线测试方法，其特征在于：所述步骤4)中位移控制的加载速率为0.01mm/min。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，其特征在于：所述变形测量装置为引伸计、应变仪或非接触测试仪。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140709 |