CN104913969A - 带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了带基体纤维束的双轴拉剪试验件，包括圆管试样，其特征是：圆管试样由纤维布沉积基体构成，圆管试样中部为测试部，两端为固定部，位于圆管试样测试部的纤维布为抽除纬纱只保留经纱的纤维结构，圆管试样的固定部管腔内过盈配合有防压溃塞，圆管试样的固定部外周面嵌套固定有防扭转打滑套。本发明具有制作简单、实验成本低、试验件质量好不易打滑的优点。

Description

带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料力学测试领域，具体涉及带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法。

背景技术

带基体纤维束为复合材料中的主要承力结构。研究表明，可以通过带基体纤维束的力学特性来研究复合材料的宏观和细观力学行为。将带基体纤维束作为小复合材料来研究复合材料宏观和细观力学行为是复合材料多尺度计算领域中的热门问题。拉剪耦合应力状态为带基体纤维束在复合材料中最常见的应力状态之一，因此需要开展双轴拉剪实验来深入研究带基体纤维束的力学性能。但是带基体纤维束一般为直径较小的棒状材料，因此双轴拉剪实验难以开展。

目前，在现有技术中主要存在针对纤维束材料的拉伸（中国专利CN101949797B，一种金属纤维微拉伸力学性能测试方法及装置、中国专利CN102426135B，一种碳纤维复丝及碳纤维线缆拉伸测试用夹具辅助工具）、扭转（中国专利CN104316417A，一种纤维增强复合材料扭转测试装置）等试验方法，未见针对纤维束材料双轴拉剪试验的报道。

对于非纤维束型材料，现有技术中主要存在端部带缺口实心圆棒试样（中国专利CN102507343B，《一种形状记忆合金拉扭实验试件、夹具及其装置》，中国专利CN102841012A，《一种拉扭试件夹具》）配合通用拉扭试验机（如美国MTS公司生产的MTS810型材料试验系统）、矩形试样（中国专利CN103558097A，《薄膜拉剪耦合实验测试装置》、中国专利CN102607940A，《一种航空结构的拉剪试验加载装置》）配合拉剪耦合加载装置以及采用原位测试仪进行双轴拉剪实验（中国专利CN103926160A，《拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪》）的实验方法。现有技术中端部带缺口实心圆棒试样配合通用拉扭试验机的方法不需要设计专门的试验机，然而带基体纤维束难以制成端部带缺口的实心圆棒试样。带基体纤维束虽然可以制成矩形试样，但该试样需要配备专门设计加工的拉剪耦合加载装置。使用原位测试仪进行拉剪实验时不需要将材料制成特殊的形状并且测试精度高，但原位测试仪需要根据材料的几何特征与力学特性进行重新设计。综上所述，现有技术存在试样制备难度大，实验成本高等缺点，不能有效的实现带基体纤维束的双轴拉剪试验。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而供一种制作简单、实验成本低、试验件质量好、不易打滑的带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

带基体纤维束的双轴拉剪试验件，包括圆管试样，其特征是：圆管试样由纤维布沉积基体构成，圆管试样中部为测试部，两端为固定部，测试部内只有经纱，且经纱沿圆周方向周期分布，固定部为编织结构。圆管试样的固定部管腔内过盈配合有防压溃塞，圆管试样的固定部外周面嵌套固定有防扭转打滑套，防扭转打滑套为横截面呈环形的空心柱体。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的防扭转打滑套与圆管试样通过高强度胶水粘结固定。

上述的高强度胶水为环氧树脂AB胶。

上述的防压溃塞由高热膨胀系数，高抗压刚度材料制成。

上述的高热膨胀系数，高抗压刚度材料为铝合金。

一种带基体纤维束的双轴拉剪试验件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、抽出二维编织纤维布中间部分的纬纱只保留纤维布中间区域的经纱并将多层抽取后的纤维布固定到模具上沉积基体制成圆管试样；

步骤2、将防压溃塞置于低温环境中使其体积变小；

步骤3、将直径缩小到小于圆管试样内径的防压溃塞放置于圆管试样管腔的两端并置于室温环境中使防压溃塞膨胀，使防压溃塞抵紧圆管试样固定部管腔内壁；

步骤4、在防扭转打滑套的内圆柱面涂抹高强度胶水并将防扭转打滑套套在圆管试样两端的外周面上；

步骤5、待胶水完全凝固之后便得到带基体纤维束的双轴拉剪试验件。

步骤2中将防压溃塞置于0℃至-10℃的环境中使其体积变小。

与现有技术相比，本发明的带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法，有益效果在于：

（1）本发明的圆管试样能够实现带基体纤维束的拉剪耦合实验，并且保证固定部不易被试验机夹头夹坏。

（2）本发明在圆管试样中加入了由热膨胀系数和抗压刚度高的材料制成的防止试样被压溃的防压溃塞，可保证试样不会被试验机的夹头压溃。采用热胀冷缩原理，使得防压溃塞的安装过程简单。

（3）本发明在圆管试样外设置了一对防扭转打滑套，不需要在试样表面进行加工即可达到防止试样扭转打滑的效果。

（4）本发明采用了圆管试样，比实心圆棒试样更加容易制备并且制备出的材料性能更加稳定。

（5）本发明不需要重新设计加工拉剪耦合加载装置，使用通用拉扭试验机即可开展比例及非比例双轴拉剪耦合实验，降低了实验成本。

附图说明

图1本发明中圆管试样的剖视图；

图2本发明中圆管试样的侧视图；

图3本发明中双轴拉剪试验件的剖视图；

图4本发明中双轴拉剪试验件的三维示意图；

图5 本发明中双轴拉剪试验件的制备流程图。

图中：1-纬纱、2-经纱、3-防压溃塞、4-防扭转打滑套、5-圆管试样。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本发明带基体纤维束的双轴拉剪试验件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、为了使制备的带基体纤维束试样与编织复合材料中的形态保持一致，并使纤维束呈周期分布，抽出二维编织纤维布中间部分的纬纱1只保留纤维布中间区域的经纱2并将多层抽取纤维布固定到模具上沉积基体制成圆管试样5，如图1、图2所示；

步骤2、将由高热膨胀系数，高抗压刚度材料制成的防压溃塞3置于0℃～-10℃环境中使其体积变小；高热膨胀系数，高抗压刚度材料为铝合金；

步骤3、将直径缩小到小于圆管试样5内径的防压溃塞3放于圆管试样5的两端并置于室温环境中使防压溃塞3膨胀直至防压溃塞3抵紧圆管试样5；

步骤4、在防扭转打滑套4的内圈涂抹高强度胶水并套在圆管试样5的两端；高强度胶水为环氧树脂AB胶；

步骤5、待胶水完全凝固之后便得到双轴拉剪试验件，如图4所示，将圆管试样5装夹到通用拉扭试验机上即可开展带基体纤维束的双轴拉剪实验。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.带基体纤维束的双轴拉剪试验件，包括圆管试样(5)，其特征是：所述的圆管试样(5)由纤维布沉积基体构成，所述的圆管试样(5)中部为测试部，两端为固定部，测试部内只有经纱(2)，且经纱(2)沿圆周方向周期分布，固定部为编织结构，所述的圆管试样(5)的固定部管腔内过盈配合有防压溃塞(3)，所述的圆管试样(5)的固定部外周面嵌套固定有防扭转打滑套(4)，所述的防扭转打滑套(4)为横截面呈环形的空心柱体。

2.根据权利要求1所述的带基体纤维束的双轴拉剪试验件，其特征是：所述的防扭转打滑套(4)与圆管试样(5)通过高强度胶水粘结固定。

3.根据权利要求2所述的带基体纤维束的双轴拉剪试验件，其特征是：所述的高强度胶水为环氧树脂AB胶。

4.根据权利要求2所述的带基体纤维束的双轴拉剪试验件，其特征是：所述的防压溃塞(3)由高热膨胀系数，高抗压刚度材料制成。

5.根据权利要求4所述的带基体纤维束的双轴拉剪试验件，其特征是：所述的高热膨胀系数，高抗压刚度材料为铝合金。

6.一种如权利要求1至5任一权利要求所述的带基体纤维束的双轴拉剪试验件的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1、抽出二维编织纤维布中间部分的纬纱(1)只保留纤维布中间区域的经纱(2)并将多层抽取后的纤维布固定到模具上沉积基体制成圆管试样(5)；

步骤2、将防压溃塞(3)置于低温环境中使其体积变小；

步骤3、将缩小到合适尺寸的防压溃塞防压溃塞(3)放于圆管试样(5)管腔的两端并置于室温环境中使防压溃塞(3)膨胀，使防压溃塞(3)抵紧圆管试样(5)固定部管腔内壁；

步骤4、在防扭转打滑套(4)的内圆柱面涂抹高强度胶水并将防扭转打滑套(4)套在圆管试样(5)两端的外周面上；

步骤5、待胶水完全凝固之后便得到带基体纤维束的双轴拉剪试验件。

7.根据权利要求6所述的带基体纤维束的双轴拉剪试验件的制备方法，其特征是：步骤2中将防压溃塞(3)置于0℃至-10℃的环境中使其体积变小。