CN104280295A - 大吨位复合材料板材平拉试验机 - Google Patents

Abstract

大吨位复合材料板材平拉试验机，它涉及一种板材平拉试验机。本发明为了解决现有实验设备的局限性，使得复合材料的平拉－渗漏试验不能在一般普通万能材料试验机上进行测试及评价，限制了复合材料性能的发展的问题。本发明的加载支架通过旋转轴可转动安装在基座支架上，实验板安装在两组加载夹持件之间后安装在加载支架上，密封压紧边框安装在实验板上，两组加载夹持件之间分别设有两个千斤顶，且两个千斤顶位于密封压紧边框的两侧，两个千斤顶的两端均顶设在两组加载夹持件之间的端面上，每个千斤顶的两端分别设有一个顶板，恒温恒压件安装在加载支架上，恒温恒压件与压力控制装置和温度控制装置连接。本发明用于复合材料板材平拉试验。

Description

大吨位复合材料板材平拉试验机

技术领域

本发明涉及一种板材平拉试验机，具体涉及一种大吨位复合材料板材平拉试验机。

背景技术

近些年来，复合材料因其高强度、高模量、耐高温等优异的性能，在航空航天领域得到了越来越广泛的应用，但由于现有实验设备的局限性，使得复合材料的某些性能，如复合材料大板材的平拉－渗漏试验不能在一般普通万能材料试验机上进行测试及评价，限制了复合材料的发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有实验设备的局限性，使得复合材料的平拉－渗漏试验不能在一般普通万能材料试验机上进行测试及评价，限制了复合材料的发展的问题。进而提供一种大吨位复合材料板材平拉试验机。

本发明的技术方案是：大吨位复合材料板材平拉试验机包括基座支架、加载支架、旋转轴、两组加载夹持件、两个千斤顶、实验板、密封压紧边框、四个顶板、恒温恒压件、压力控制装置和温度控制装置，加载支架通过旋转轴可转动安装在基座支架上，实验板安装在两组加载夹持件之间后安装在加载支架上，密封压紧边框安装在实验板上，两组加载夹持件之间分别设有两个千斤顶，且两个千斤顶位于密封压紧边框的两侧，两个千斤顶的两端均顶设在两组加载夹持件之间的端面上，每个千斤顶的两端分别设有一个顶板，恒温恒压件安装在加载支架上，恒温恒压件与压力控制装置和温度控制装置连接。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明了一种大吨位复合材料板材平拉伸-渗漏性能试验装置，此设备能实现在树脂基碳纤维增强复合材料板材(600×600×10mm)的最大吨位(200T)拉伸条件下，进行试验件对恒温恒压试验介质的渗漏检验。

本发明能实现在恒温恒压及密封条件下，可同时进行复合材料板材的大吨位(200吨)拉伸-渗漏试验，能够实现最大拉力：200T；温度范围：室温～100℃；最大密封压力：1MPa；试样最大尺寸：1000×1000mm；试样厚度：1～10mm；有效的完成了大吨位复合材料板材平拉伸-渗漏性能试验。

附图说明

图1为本发明的拉伸加载试验结构示意图。图2为本发明的渗漏加载试验时的结构示意图。图3为本发明的恒温恒压件的结构示意图。图4为本发明的加载板的结构示意图。

图5为本发明的恒温恒压系统原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的大吨位复合材料板材平拉试验机包括基座支架1、加载支架2、旋转轴3、两组加载夹持件4、两个千斤顶5、实验板6、密封压紧边框7、四个顶板8、恒温恒压件9、压力控制装置10和温度控制装置11，加载支架2通过旋转轴3可转动安装在基座支架1上，实验板6安装在两组加载夹持件4之间后安装在加载支架2上，密封压紧边框7安装在实验板6上，两组加载夹持件4之间分别设有两个千斤顶5，且两个千斤顶5位于密封压紧边框7的两侧，两个千斤顶5的两端均顶设在两组加载夹持件4之间的端面上，每个千斤顶5的两端分别设有一个顶板8，恒温恒压件9安装在加载支架2上，恒温恒压件9与压力控制装置10和温度控制装置11连接。

本实施方式通过采用可翻转加载支架，并与温度控制系统及压力控制系统连接，可同时完成对试验件的加载和渗漏检验。压力控制系统可实现气密性检验、注油、恒压、排油控制，整个过程试验介质均在恒温恒压槽9或储箱26中，并通过管路仅能在恒温恒压槽9和储箱26间流转，可避免介质溢出泄露的情况，采用瓶装压缩气体(氮气、二氧化碳、氩气或其他惰性气体)作为气源，可避免可燃介质的燃烧或爆炸等情况的发生。采用螺旋千斤顶对试验件进行双侧同步加载，即保证了试验件受力均衡，又可避免发生受力松弛现象。

本实施方式的基座支架由支架和轴承构成，通过轴承、定位销孔对加载支架进行支撑、翻转和定位。支架可由角钢焊接而成。

本实施方式的加载支架用于支撑和固定加载板、千斤顶和试件件，加载支架两侧通过轴与基座支架连接，保证加载支架的支撑和翻转，并通过轴上的定位销孔保证加载支架的定位和固定。加载支架可由角钢焊接而成。

本实施方式的加载板为四块钢板1200×300×40mm，配有加载孔φ16×10、固定孔φ16×4和试验件限位孔φ12×18。加载孔与试验件加载孔配合，通过加载螺栓M14，30CrMnSi实现加载板与试验件的连接、紧固、加载。固定孔与加载板托架配合，用翻转紧固螺栓实现加载板与加载支架的固定，可使加载板、试验件随加载支架一同翻转。

本实施方式的恒温恒压槽9焊接在加载支架上，可随加载支架一同翻转至安装加载位置或渗漏检验位置，使其在恒温恒压状态和排油状态间转换。恒温恒压槽9内安装有加热管、压力传感器9-4和温度传感器9-3，加热管两端与温度控温装置相连；恒温恒压槽9底部和侧面的开孔与压力控制装置相连。恒温恒压槽9边沿为法兰，用以固定试验件和进行密封。试验件在张拉后通过密封垫与法兰用螺栓连接密封。密封垫采用密封性好、具有一定耐油和耐温性能的橡胶或硅橡胶材质的2～5mm的胶板经裁切、打孔加工而成。

恒温恒压槽9用以盛放试验介质和承受试验压力。试验介质可以为水或燃油等液体。通过相连的温度控制装置和压力控制装置保证试验件处于规定的试验环境条件。

本实施方式的压力控制装置由气瓶20、减压阀21、球阀22、三向阀、试验介质储箱26、压力传感器9-4、压力显示表28及管路等组成。压力控制装置以瓶装压缩气体作为气源，压缩气体可以是氮气、二氧化碳、氩气或其他惰性气体，通过减压阀21控制加压气体的压力，恒温恒压槽9内的压力通过压力传感器9-4和压力显示表28来测量和显示。

储箱26的进气管端口位于储箱26容器的上部，介质出口位于储箱26容器的下部，储箱26内盛放的介质的液面高度应控制，使液面至介质出口间所能储存的介质体积与恒温恒压槽9内试验所用的介质体积相同，从而可避免在加注介质的过程中，恒温恒压槽9内试验介质不会超量，也可避免在排出恒温恒压槽9内试验介质的过程中，试验介质从储箱26进气管端口排出泄露的情况发生。

本实施方式的温度控制装置由恒温水浴30、潜水泵29、换热器加热管、温度传感器9-3、温度显示表27及管路等组成。温度控制装置由带有恒温控温装置的水浴30提供热源，恒温用循环介质采用水；循环动力采用小型潜水泵29。恒温恒压槽9内的温度通过温度传感器9-3和温度显示表27测量和显示。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的两组加载夹持件4中的每组夹持件4均包括两块加载板4-1和多个限位螺栓4-2，两块加载板4-1上下设置通过多个限位螺栓4-2夹持实验板6。如此设置，便于与加载支架2和两块加载板4-1的连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每组夹持件4还包括多个限位垫块4-3，两块加载板4-1之间以及两块加载板4-1与加载支架2之间均通过多个限位垫块4-3连接。如此设置，在上、下加载板之间和加载支架之间配有限位垫块，通过限位螺栓孔与限位螺栓(M10)固定，限位垫块的厚度要适合，保证试验件在试验过程中不受弯、剪、扭等附加荷载作用；加载板、限位垫块均由45号钢制成。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的恒温恒压件9包括槽体9-1、加热管9-2、压力传感器9-4和温度传感器9-3，加热管9-2呈蛇形排列在槽体9-1内，压力传感器9-4和温度传感器9-3安装在槽体9-1内。如此设置，便于保证和测量温度和压力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的两个千斤顶5均为100吨的螺旋千斤顶。如此设置，可采用两台100T螺旋千斤顶平置于加载支架两侧，通过加载顶板作用于加载板上，双侧千斤顶同步对试验件进行加载。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的四个顶板8均为槽形顶板。如此设置，便于与夹持件4相顶。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

结合图5说明本实施方式大吨位复合材料板材平拉渗漏性能试验机工作原理如下：

加载支架通过旋转轴与基座支架相连，可在基座支架的空间内自由翻转；在旋转轴上开有定位孔，并通过定位销可使加载支架保持在安装加载位置或渗漏检验位置。加载支架两侧平置的两台100T螺旋千斤顶，通过加载顶板对连接在加载板上的试验件同步施加所需的张拉力荷载。恒温恒压槽9焊接在加载支架上，可随加载支架一同翻转，使其在加注介质状态和排放介质状态间转换。恒温恒压槽9与压力控制装置和温度控制装置相连，使试验件在试验介质处于规定的试验条件下检验渗漏性能。

复合材料板材平拉渗漏性能检验主要包括试验件的安装、张拉加载与密封、系统气密性检查、加注介质、渗漏检验、排出介质、卸载等过程。具体过程如下：

(1)试验件的安装、张拉加载与密封

在安装加载位置时，可实现对试验件的安装、加载、定位密封、系统气密性检查、加注介质、排出介质和卸载等操作。

安装加载时，试验件平放于恒温恒压槽9上，张拉端通过高强螺栓与加载板连接固定，通过双侧的螺旋千斤顶对试验件施加张拉荷载，试验件张拉至渗漏试验所需要的变形量后，即可用密封压紧边框将试验件与恒温恒压槽9进行固定密封。

(2)系统气密性检查

在加载支架处于安装加载位置时，使1#三向阀23、2#三向阀24处于排油位置，3#三向阀25处于注油位置，开启球阀22，调节减压阀21使压缩气体经1#三向阀23、2#三向阀24通入恒温恒压槽9中，并达到恒压压力后关闭球阀22，通过压力显示表28来观察系统压力的变化检查系统的气密性。

(3)加注介质

在加载支架处于安装加载位置时，1#三向阀23、3#三向阀25处于注油位置，2#三向阀24处于排气位置，开启球阀22，调节减压阀21使压缩气体经1#三向阀23、3#三向阀25通入储箱26中，恒温恒压槽9内的气体经2#三向阀24排出，待将需要体积的介质液压入恒温恒压槽9(保证恒温恒压槽9内的介质液面高于加热管)后，关闭2#三向阀24，待压力达到恒压压力时，关闭球阀22。

(4)渗漏检验

在加载支架处于渗漏检验位置时，通过温度控制装置使恒温恒压槽9内的试验介质件达到试验所要求的温度。在试验过程中和达到规定的试验时间后，检查试件表面是否出现试验介质渗出现象，从而检验试验件在规定荷载、温度和压力的条件下是否出现介质渗漏现象。

(5)排出介质

在加载支架处于安装加载位置时，1#三向阀23、2#三向阀24处于排油位置，3#三向阀25处于排气位置，开启球阀22，使压缩气体经1#三向阀23、2#三向阀24通入恒温恒压槽9中，使恒温恒压槽9内的介质液经恒温恒压槽9底部流回储箱26内，并将介质液由恒温恒压槽9压流回储箱26，待恒温恒压槽9内的介质液全部流回储箱26后，关闭球阀22，2#三向阀24转到排气位置，恒温恒压槽9卸压。

(6)卸载

待恒温恒压槽9中试验介质排净、压力卸除后，将加载支架翻转至安装加载位置，去除密封压紧边框、翻转紧固螺栓、限位螺栓，通过两侧的千斤顶逐步将试验件的荷载卸除。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种大吨位复合材料板材平拉试验机，其特征在于：所述大吨位复合材料板材平拉试验机包括基座支架(1)、加载支架(2)、旋转轴(3)、两组加载夹持件(4)、两个千斤顶(5)、实验板(6)、密封压紧边框(7)、四个顶板(8)、恒温恒压件(9)、压力控制装置(10)和温度控制装置(11)，加载支架(2)通过旋转轴(3)可转动安装在基座支架(1)上，实验板(6)安装在两组加载夹持件(4)之间后安装在加载支架(2)上，密封压紧边框(7)安装在实验板(6)上，两组加载夹持件(4)之间分别设有两个千斤顶(5)，且两个千斤顶(5)位于密封压紧边框(7)的两侧，两个千斤顶(5)的两端均顶设在两组加载夹持件(4)之间的端面上，每个千斤顶(5)的两端分别设有一个顶板(8)，恒温恒压件(9)安装在加载支架(2)上，恒温恒压件(9)与压力控制装置(10)和温度控制装置(11)连接。

2.根据权利要求1所述的大吨位复合材料板材平拉试验机，其特征在于：所述两组加载夹持件(4)中的每组夹持件(4)均包括两块加载板(4-1)和多个限位螺栓(4-2)，两块加载板(4-1)上下设置通过多个限位螺栓(4-2)夹持实验板(6)。

3.根据权利要求2所述的大吨位复合材料板材平拉试验机，其特征在于：所述每组夹持件(4)还包括多个限位垫块(4-3)，两块加载板(4-1)之间以及两块加载板(4-1)与加载支架(2)之间均通过多个限位垫块(4-3)连接。

4.根据权利要求1或3所述的大吨位复合材料板材平拉试验机，其特征在于：所述恒温恒压件(9)包括槽体(9-1)、加热管(9-2)、压力传感器(9-4)和温度传感器(9-3)，加热管(9-2)呈蛇形排列在槽体(9-1)内，压力传感器(9-4)和温度传感器(9-3)安装在槽体(9-1)内。

5.根据权利要求1所述的大吨位复合材料板材平拉试验机，其特征在于：所述两个千斤顶(5)均为100吨的螺旋千斤顶。

6.根据权利要求1所述的大吨位复合材料板材平拉试验机，其特征在于：所述四个顶板(8)均为槽形顶板。