CN104458446B - 一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法 - Google Patents
一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104458446B CN104458446B CN201410752062.8A CN201410752062A CN104458446B CN 104458446 B CN104458446 B CN 104458446B CN 201410752062 A CN201410752062 A CN 201410752062A CN 104458446 B CN104458446 B CN 104458446B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test specimen
- test
- bolt
- riser
- clamping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明涉及一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法，包括非金属测试试件，应变花，由夹持角板、粘接板、垫板、立板、横板、支撑连杆、连接螺栓和加载螺栓组成的上、下加载部件。测试试件的上下表面分别开有对称的V形切口，切口中心的连接面为测试截面。上、下加载部件分别夹持在试件左右两侧，并对试件施加剪切力。具体为：用夹持角板(或粘接板)固定住试件，再与垫板、立板之间用螺栓连接；立板与横板之间用螺栓连接，并用支撑连杆加固；加载螺栓安装在横板上，且上下两个加载螺栓位于同一垂直线上，使上下作用力的方向均通过测试截面。本发明提供的装置及方法所适用的试件范围广，装置的部件可拆卸和更换，操作简单,测试结果可靠，重复性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种剪切特性测试装置，尤其是一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法。
背景技术
非金属材料如纤维增强复合材料(FRP)、泡沫材料、树脂材料、木材等的剪切性能是描述其材料力学特性的重要参数之一。目前测试非金属材料剪切性能的方法主要有短梁垂直剪切测试方法、短梁对角线剪切测试方法、V型槽梁法等，但上述方法均各有利弊。如短梁剪切侧边受力测试方法虽简单，但夹持边角上应力集中明显，局部过早破坏，并且两侧边双向受力易出现剪切和拉压混合破坏模式，测试结果不准确；短梁对角线受力剪切测试时，夹持边角上的应力集中仍旧会导致局部过早破坏，使剪切特性测试结果不准确；而现有的V型槽梁剪切测试方法，虽测试结果较准确，但夹具复杂成本高，适用试件单一。
因此，如何有更好的装置和方法来测试非金属材料的剪切性能，亟待解决。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法，测试截面剪应力分布均匀，应力集中影响小，试验数据准确，夹持和加载部件可拆卸组装，整体结构简单、制造成本低。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种非金属材料剪切特性的测试装置，包括非金属测试试件、应变花、上加载部件和下加载部件，其特征在于，上、下加载部件分别夹持在试件左右两侧，并对试件施加拉力或压力,使试件形成剪切受力状态。其中：
所述非金属测试试件的上、下表面中部分别开有对称的V形切口，切口处有倒角，切口中心的垂直连接面即为测试截面。测试截面面积小于夹持截面面积，使测试截面的剪切应力先达到极限剪切强度而破坏；可有效减小夹持面应力集中对测试截面剪切应力测量结果的影响。V型切口及其倒角可以最大限度的减小应力集中，使试件测试截面的剪应力分布均匀，避免试件局部过早破坏，使测试结果更加准确。
所述上、下加载部件均包括夹持角板、粘接板、垫板、立板、横板、支撑连杆、连接螺栓和加载螺栓，具体为：用夹持角板(或粘接板)固定住试件，再与垫板、立板之间用螺栓连接，根据试件宽度适当增减垫板；立板与横板之间用螺栓连接，并用支撑连杆加固；加载螺栓安装在横板上，且上下两个加载螺栓位于同一垂直线上，使上、下作用力的方向均通过测试截面。
优选地，所述非金属测试试件的材料种类包括纤维增强复合材料(FRR)、泡沫材料、树脂材料、木材等。
优选地，至少一个所述支撑连杆设置在横板与立板之间，两端用螺栓连接，以利用支撑连杆强化固定防止横板变形，保持剪切作用力垂直对中。支撑连杆的中部镂空，使紧固前螺栓能够在镂空槽中移动，可调节所需支撑连杆的长度。
优选地，所述应变花布置在测试截面处，由三个应变片组成，分别为0°、45°和90°，由公式γ＝ε0°+ε90°-2ε45°得到剪应变。
上、下加载部件对所述试件的夹持方式包括两种：对于薄板试件，试件两端与夹持角板用螺栓连接，夹持角板再与垫板和立板用螺栓连接；对于厚板试件，试件两端与粘接板用粘合剂粘连，粘接板再与垫板和立板用螺栓连接。
优选地，试件的沿宽度两端各有一对夹持角板，成对的夹持角板分别位于试件沿厚度两侧。所述夹持角板的两边夹角为90°，a边上开通孔，用于夹持和连接试件；b边上开槽孔，用于连接垫板和立板，并可以调节成对夹持角板间的距离，适应不同厚度的试件。
优选地，所述粘接板的粘接表面加工成网格状，便于试件的安装定位，且粘接更牢固。
本发明的非金属材料特性测试装置，试验时，在上、下两个加载螺栓上分别施加大小相同、方向相反的作用力，逐步增大作用力直到测试截面破坏，由最大作用力和截面面积，可测得试件的剪切强度；通过应变花测得剪应变，得到剪应力-剪应变关系。。
根据本发明的另一方面，还提供了一种利用本发明的非金属材料剪切特性测试装置进行测试的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
SS1.对于薄板试件，将试件两端与夹持角板用螺栓连接；对于厚板试件，将试件两端与粘接板用粘合剂粘连；在试件测试截面处布置应变花。
SS2.将立板一端与横板一端用螺栓连接，两者成直角，选择合适长度的支撑连杆，将支撑连杆两端分别与横板和立板用螺栓连接；在两个横板上选择对应螺栓孔，设置加载螺栓。
SS3.将夹持角板(或粘接板)与垫板、立板用螺栓连接，调整垫板厚度，使测试截面、上下加载螺栓三者在同一条垂直线上。
SS4.在两个加载螺栓上分别施加大小相同、方向相反的作用力，逐步增大作用力直到测试截面破坏；通过最大作用力和测试截面面积，得到非金属测试试件的剪切强度；通过应变花测得剪应变，得到剪应力-剪应变关系。。
相对于现有技术，本发明的优点在于，V形切口试样的测试截面剪应力分布均匀，无局部过早破坏，可有效减小夹持面应力集中对测试截面剪应力测量结果的影响，试验数据准确。装置的夹持和加载部件可拆卸组装，整体结构简单，适用范围广，制造成本低。
附图说明
图1为本发明的非金属材料剪切特性测试装置(薄板试件螺栓夹持方式)示意图，其中，(A)为装置整体图，(B)为螺栓夹持方式示意图，(C)为夹持角板示意图，(D)为应变花布置示意图；
图2为本发明的非金属材料剪切特性测试装置(厚板试件粘接夹持方式)示意图，其中，(A)为装置整体图，(B)为粘接板示意图，其中(B-1)(B-2)(B-3)分别为左视图，正视图和右视图；
图3为非金属材料测试试样示意图，其中，(A)为薄板试件，(B)为厚板试件；
图4为支撑连杆示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1～2所示，本发明的非金属材料剪切特性测试装置，包括非金属测试试件1、应变花10、上加载部件和下加载部件三部分。其中上、下加载部件均包括夹持角板2、粘接板3、垫板4、立板5、螺栓6、横板7和支撑连杆8、加载螺栓9。
如图3所示，非金属测试试件1的上、下表面中部分别开有对称的V形切口，切口处有倒角，切口中心的垂直连接面即为测试截面。
参考图1和图2，在使用本发明的非金属材料剪切特性测试装置时，上、下加载部件分别夹持在试件1左右两侧，并对试件施加拉力或压力,使试件1形成剪切受力状态。参考图1(B)，对于薄板试件，将试件1两端与夹持角板2用螺栓6连接；参考图1(C)，夹持角板2的两边夹角为90°，a边上开通孔，用于夹持和连接试件1，b边上开槽孔，用于连接垫板4和立板5，并可以调节成对夹持角板间的距离，适应不同厚度的试件。参考图2(A)，对于厚板试件，将试件1两端与粘接板3用粘合剂粘连；参考图2(B)，粘接板3的粘接表面加工成网格状，便于试件的安装定位，且粘接更牢固。参考图1(D)，在试件1测试截面处布置应变花10，三个应变片角度分别为0°、45°、90°。
将立板5一端与横板7一端用螺栓6连接，两者成直角；至少一个支撑连杆8设置在横板7与立板5之间，将支撑连杆8两端分别与横板7和立板5用螺栓6连接，以利用支撑连杆8强化固定防止横板5变形，保持施加作用力垂直对中。参考图4，支撑连杆8的中部镂空，使紧固前螺栓6能够在镂空槽中移动，可调节所需支撑连杆8的长度。在两个横板7上选择对应螺栓孔，设置加载螺栓9，且上下两个加载螺栓9位于同一垂直线上，使上、下作用力的方向均通过测试截面。
将夹持角板2(或粘接板3)与垫板4、立板5之间用螺栓6连接，根据试件宽度适当增减垫板4。
在两个加载螺栓9上分别施加大小相同、方向相反的作用力，逐步增大作用力直到测试截面破坏；通过最大作用力和测试截面面积，得到非金属测试试件的剪切强度；通过应变花10测得三个正应变，由公式γ＝ε0°+ε90°-2ε45°得到剪应变，从而获得剪应力-剪应变关系。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种非金属材料剪切特性的测试装置，包括非金属测试试件、应变花、上加载部件和下加载部件，其特征在于，所述上、下加载部件分别夹持在所述非金属测试试件左右两端，用以对所述非金属测试试件施加垂直方向的作用力，使所述非金属测试试件形成剪切受力状态；根据施加在所述非金属测试试件垂直方向的最大作用力和试件测试截面面积，获得试件的剪切强度；所述应变花布置在所述非金属测试试件的前表面与试件测试截面的交汇位置处，测得剪应变，得到剪应力-剪应变关系；其中：
所述非金属测试试件的上、下表面中部分别开有对称的V形切口，所述V形切口底面设有倒角，所述V形切口中心的连接面为试件测试截面；
所述上、下加载部件均包括垫板、立板、支撑连杆、横板、连接螺栓和加载螺栓，还包括夹持角板或粘接板，其中，所述夹持角板或粘接板固定住所述非金属测试试件的端部，所述夹持角板或粘接板用螺栓依次与垫板、立板连接，根据所述非金属测试试件宽度适当增减垫板；所述立板与横板之间用螺栓连接，并用支撑连杆加固，所述支撑连杆一端与立板连接，另一端与横板连接；所述加载螺栓安装在横板上；所述上、下加载部件的加载螺栓位于同一垂直线上，使上、下作用力的方向均通过测试截面。
2.根据权利要求1所述的非金属材料剪切特性的测试装置，其特征在于，所述非金属测试试件的材料种类包括纤维增强复合材料、泡沫材料、树脂材料或木材。
3.根据权利要求1所述的非金属材料剪切特性的测试装置，其特征在于，对所述非金属测试试件的夹持方式包括两种：对于薄板试件，试件两端与夹持角板用螺栓连接，夹持角板再与垫板和立板用螺栓连接；对于厚板试件，试件两端与粘接板用粘合剂粘连，粘接板再与垫板和立板用螺栓连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的非金属材料剪切特性的测试装置，其特征在于，对于薄板试件，试件的沿宽度两端各有一对夹持角板，成对的夹持角板分别位于试件沿厚度两侧，各所述夹持角板包括夹角为90°的两a边和b边，a边上开通孔，用于夹持和连接试件；b边上开槽孔，用于连接垫板和立板，并可以调节成对夹持角板间的距离，适应不同厚度的试件。
5.根据权利要求1至3任一项所述的非金属材料剪切特性的测试装置，其特征在于，所述粘接板的粘接表面加工成网格状，便于厚板试件的安装定位，且粘接更牢固。
6.根据权利要求1所述的非金属材料剪切特性的测试装置，其特征在于，所述横板和立板上设置有多个螺栓孔，至少一个所述支撑连杆设置在横板与立板之间，两端用螺栓连接，以利用支撑连杆强化固定防止横板变形，保持剪切作用力垂直对中；支撑连杆的中部镂空，使紧固前的螺栓能够在镂空槽中移动，可调节所需支撑连杆的长度。
7.根据权利要求1所述的非金属材料剪切特性的测试装置，其特征在于，所述应变花由三个应变片组成，分别为0°、45°和90°，由公式γ＝ε0°+ε90°-2ε45°得到剪应变。
8.一种利用权利要求1至7任一项所述的非金属材料剪切特性的测试装置进行测试的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
SS1.对于薄板试件，将试件两端与夹持角板用螺栓连接；对于厚板试件，将试件两端与粘接板用粘合剂粘连；在非金属测试试件的前表面与试件测试截面的交汇位置处布置应变花；
SS2.将立板一端与横板一端用螺栓连接，两者成直角，选择合适长度的支撑连杆，将支撑连杆两端分别与横板和立板用螺栓连接；在两个横板上选择对应螺栓孔，设置加载螺栓；
SS3.将夹持角板或粘接板与垫板、立板用螺栓连接，调整垫板厚度，使测试截面、上下加载螺栓三者在同一条垂直线上；
SS4.在两个加载螺栓上分别施加大小相同、方向相反的作用力，逐步增大作用力直到测试截面破坏；通过最大作用力和测试截面面积，得到非金属测试试件的剪切强度；通过应变花测得剪应变，得到剪应力-剪应变关系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410752062.8A CN104458446B (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410752062.8A CN104458446B (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104458446A CN104458446A (zh) | 2015-03-25 |
| CN104458446B true CN104458446B (zh) | 2017-01-11 |
Family
ID=52904860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410752062.8A Active CN104458446B (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104458446B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105115836B (zh) * | 2015-09-01 | 2017-10-31 | 南京林业大学 | 一种木材横向剪切强度测量装置及方法 |
| CN105784469B (zh) * | 2016-03-21 | 2019-02-15 | 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 | 一种无纬带压缩剪切方法 |
| CN105628496A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-06-01 | 北京航空航天大学 | 一种用于复合材料参数识别的多功能剪切试验夹具 |
| CN105842084A (zh) * | 2016-03-25 | 2016-08-10 | 北京交通大学 | 木材顺纹方向纯剪强度的测量装置 |
| CN106706419B (zh) * | 2017-01-09 | 2023-12-05 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种模拟板件试验时简支边界条件的装置 |
| CN107063853B (zh) * | 2017-06-16 | 2023-08-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于v型缺口梁试样剪切性能试验的卡具 |
| CN107588713B (zh) * | 2017-09-21 | 2020-03-13 | 北京工业大学 | 一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法 |
| CN113654983B (zh) * | 2021-07-30 | 2024-04-09 | 中国航空工业集团公司济南特种结构研究所 | 一种测试纸蜂窝t向面与刚性结构胶接性能的装置及方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100750240B1 (ko) * | 2006-06-30 | 2007-08-17 | 인제대학교 산학협력단 | 복합재료의 전단시험방법 및 전단시험기 |
| CN101504347B (zh) * | 2008-02-04 | 2010-10-13 | 西北工业大学 | 基于Hopkinson杆的材料动态双压剪实验装置 |
| CN102095647B (zh) * | 2010-11-15 | 2013-02-06 | 西安交通大学 | 一种用于薄板简单剪切加载下力学性能测试的装置 |
| CN201917492U (zh) * | 2011-01-13 | 2011-08-03 | 西北工业大学 | 一种用于引伸计夹持的位移传递装置 |
| CN202793921U (zh) * | 2012-08-27 | 2013-03-13 | 西安科技大学 | 基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置 |
| CN102879276B (zh) * | 2012-09-21 | 2015-02-18 | 长安大学 | 一体式沥青混合料性能检测装置 |
| CN103454151A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-18 | 中国商用飞机有限责任公司 | 压剪复合加载试验装置 |
| CN103439198B (zh) * | 2013-09-06 | 2016-02-17 | 中国矿业大学(北京) | 一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置 |
| CN103499498A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 北京星航机电装备有限公司 | 一种钎焊金属蜂窝结构平面剪切性能测试方法 |
| CN204286952U (zh) * | 2014-12-10 | 2015-04-22 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种非金属材料剪切特性的测试装置 |
-
2014
- 2014-12-10 CN CN201410752062.8A patent/CN104458446B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104458446A (zh) | 2015-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104458446B (zh) | 一种非金属材料剪切特性的测试装置及方法 | |
| US11719621B2 (en) | Debonding test apparatus for measuring bond strength to concrete | |
| Keller et al. | Adhesively bonded lap joints from pultruded GFRP profiles. Part II: joint strength prediction | |
| Chataigner et al. | Use of a single lap shear test to characterize composite-to-concrete or composite-to-steel bonded interfaces | |
| CN108007768A (zh) | 一种纤维网或布片的轴拉试验装置及试验方法 | |
| US9091619B2 (en) | Circumferential shear test method and apparatus for a sandwich structure | |
| CN103674707A (zh) | 一种进行岩石直接拉伸强度及变形测量的系统及方法 | |
| Corradi et al. | Fir and chestnut timber beams reinforced with GFRP pultruded elements | |
| CN105115836B (zh) | 一种木材横向剪切强度测量装置及方法 | |
| CN105842084A (zh) | 木材顺纹方向纯剪强度的测量装置 | |
| CN105403457B (zh) | 碳纤维增强树脂基薄壁复合材料管件拉伸性能测试方法 | |
| US10377118B2 (en) | Preparing laminate materials for testing | |
| Neubauerová | Timber beams strengthened by carbon–fiber reinforced lamellas | |
| CN104062231A (zh) | 一种用于测试纤维复合材料层间剪切强度的设备与方法 | |
| Manalo et al. | Testing and characterization of thick hybrid fibre composites laminates | |
| CN105352792A (zh) | 一种用于复合材料层合板的单钉双剪挤压试验装置 | |
| CN105737790A (zh) | 一种用于测量孔挤压变形的装置 | |
| CN204286952U (zh) | 一种非金属材料剪切特性的测试装置 | |
| CN102636387A (zh) | 一种用于复合材料层合厚板拉压性能测试的粘接辅助夹具 | |
| CN109444040A (zh) | 一种测试frp板与钢界面粘结性能的试验装置 | |
| Davalos et al. | Transverse isotropy modeling of 3-D glulam timber beams | |
| CN205679521U (zh) | 用于测试钢板与玻璃粘胶强度的台座 | |
| CN210953671U (zh) | 一种用于测试cfrp/钢界面粘结性能的剪切试验装置 | |
| CN108507866A (zh) | 弱刚度筋材双向受拉粘结试验的试件测量结构及组装方法 | |
| Tingley | The stress-strain relationships in wood and fiber-reinforced plastic laminae of reinforced glued-laminated wood beams |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |