CN107576567A - 用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台及测试方法。该平台包括通过螺栓组固定的夹具；用于进行拉伸试验的拉伸模块，包括动载物台、静载物台及驱动动载物台的电机与丝杠装置；用于进行平压试验的平压模块，包括支撑试件的质量块、连接质量块的连接板、支撑试件的支撑装置及驱动质量块的电机与丝杠装置；用于进行弯曲试验的弯曲模块；用于进行侧压试验的侧压模块。该装置能够实现一次性装卡复合薄板，确保边界条件不会改变，在同一位置测试两种以上的力学性能试验，节省实验空间。

Description

用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台及 测试方法

技术领域

本发明涉及疲劳试验技术领域，具体涉及一种用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台及测试方法。

背景技术

点阵夹芯复合材料是一种新型材料，具有体积小、重量轻、强度高等特点，目前正在越来越多地应用于航空航天、海军、兵器工业等领域。然而，由于复合材料结构具有的不均匀性和各向异性的特点，其力学性能表现出多种特征，且目前对于该特征的研究相对较少。同时，在承受弯曲载荷时，点阵夹芯复合材料结构表现出不同的失效形式。因此，对其进行平压、拉伸、弯曲、剪切等基本力学性能实验并进行科学评价具有重要的科学意义和工程应用价值。

对上述复材料及其薄板结构的力学性能测试，通常包括拉伸试验、平压试验、弯曲试验和剪切试验等。要测量的参数有拉伸强度、剪切强度、压缩极限、弯曲极限等。目前市面上存在多种力学性能测试装置，最为常用的万能疲劳试验机。虽然目前的万能疲劳试验机可以满足基本力学性能测试需求，但仍存在问题。例如，在CN 102721609 A、CN 1987404 A、CN 104007008 A等中国专利中申请公开了几种万能疲劳试验机的结构，但是都无法在相同的边界约束条件下进行所有力学性能实验，且需要不断地对测试的点阵夹芯复合材料薄板进行重新装卡，较低了测试效率，也影响力学性能性能的测试精度(重新装卡会严重改变复合薄板的边界约束条件)。同时，由于每次装卡都只能测试一种力学性能，其并不能科学地评价和测试两种力学性能复合测试的情况，例如，其无法适用于复合材料薄板在承受一定的弯曲损伤后(需要先开展弯曲试验)，又进行材料拉伸试验的场合(而同时受到弯曲、拉伸或剪切载荷的作用，是复合材料板壳类构件经常遇到的实际工程场合)。

发明内容

针对现有技术存在的传统万能试验机不能在同一位置进行所有实验且浪费空间的问题。本发明提供一种用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台及测试方法。

本发明的技术方案是：

一种用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台，包括底座、旋转台、动载物台、静载物台、夹具、滑动装置、平压模块、侧压模块、弯曲模块和拉伸模块，其中，夹具的两个部分分别通过螺栓固定在动载物台和静载物台上，滑动装置通过螺栓固定在底座上；

其中，滑动装置包括带座轴承支撑座、轴承座支撑座、滑动模块电机、滑动模块丝杠、导轨、导轨固定座、丝杠固定座、滑块与滑动模块连接杆；带座轴承支撑座上面与带座轴承通过螺栓相连，轴承座支撑座与滚动轴承配合，并分别连接在左右的滑块上，滑块通过滑动模块连接杆相连；滑动模块电机、导轨固定座与丝杠固定座固定在底座上，且滑动模块连接杆与滑动模块丝杠相连；

平压模块包括平压模块丝杠、平压模块电机、减速器、联轴器、平压质量块、连接板、支撑板、弹簧与支撑板下螺栓；平压模块丝杠通过联轴器与减速器相连，该减速器可实现减速和换向两个功能，同时减速器与底座通过螺栓固定并在水平方向上连接平压模块电机；平压质量块通过螺栓组与连接板连接，连接板后端与平压模块丝杠相连，并沿两侧立柱进行竖直方向的滑动；支撑板下部与旋转台相连，通过支撑板下螺栓的松紧配合弹簧控制支撑板的位置，实现对试件的支持；

侧压模块包括涡轮轴、涡轮、蜗杆、带座轴承、滚动轴承与手柄；涡轮轴上装有滚动轴承并通过轴套固定，该滚动轴承与滑动装置中滚动轴承支撑座配合；涡轮轴一端与旋转台一端重合，涡轮轴另一端为涡轮；涡轮与在其下方的蜗杆配合，且通过锁紧螺母固定；蜗杆两端与带座轴承配合，并在其中一端装有手柄，通过螺纹连接；

弯曲模块包括弯曲模块细杆、弯曲模块电机与弯曲模块丝杠；弯曲模块电机竖直放置，并通过与两侧立柱相连的板件固定，弯曲模块丝杠与弯曲模块电机相连，并同时连接弯曲模块细杆；弯曲模块细杆插入平压模块质量块中心的孔中，通过弯曲模块丝杠的驱动进行竖直方向的移动；

拉伸模块包括拉伸模块电机、拉伸模块丝杠、拉伸模块丝杠固定座；拉伸模块丝杠固定座通过螺栓固定在旋转台上，且与拉伸模块丝杠相连，拉伸模块丝杠与动载物台的孔配合并与拉伸模块电机相连，从而控制动载物台的滑动。

上述用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台的测试方法，包括如下步骤：

步骤1，将试件通过螺栓拧紧固定在夹具上；

步骤2，包括四种情况：

第一种情况，平压试验

1)调整平压模块中支撑板下螺栓，使支撑板上表面与试件下表面接触；

2)通过平压模块电机使质量块移动，进行平压试验；

3)调整支撑板下螺栓，使支撑板上表面与试件下表面分离；

第二种情况，侧压试验

1)转动手柄使旋转台旋转90度；

2)通过滑动装置令旋转台移动到方便压力施加的位置；

3)通过平压模块电机使质量块移动，进行侧压试验。

第三种情况，拉伸试验

1)通过拉伸模块电机使动载物台移动，进行拉伸试验；

第四种情况，弯曲试验

1)通过弯曲模块电机使弯曲细杆移动，进行弯曲试验；

上述四种情况，根据测试的需要，在一次实验中随机组合。

本发明的有益效果为，实现一次性装卡复合薄板，确保边界条件不会改变，增加测试两种以上的力学性能复合测试的情况，在一次性装卡完成后，可以对复合薄板开展所需要的平压、拉伸、弯曲、剪切性能的力学性能复合测试，即一次实验，可完成平压+拉伸、平压+弯曲、平压+拉伸+弯曲等等。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的力学性能测试实验平台的正视图；

图2是本发明具体实施方式的力学性能测试实验平台的俯视图；

图3是旋转台结构侧视图；

图4是滑动装置结构图；

图5是平压模块侧视图。

图中：1底座；2旋转台；3动载物台；4夹具；5试件；6质量块；7连接板；8静载物台；9平压模块丝杠；10联轴器；11平压模块电机；12滑动装置电机；13滑动装置丝杠；14拉伸模块电机；15拉伸模块丝杠；16手柄；17涡轮；18弯曲模块电机；19减速器；20滚动轴承；21带座轴承支撑座；22轴承座支撑座；23弹簧；24支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本发明的实验平台，其结构包括底座1、旋转台2、所述的旋转台2通过滚动轴承20和轴承座连接在支撑座22上。动载物台3、静载物台8、通用夹具4、试件5、平压质量块6、连接板7，所述的质量块6通过螺栓连接在连接板7上，连接板7可沿着立柱滑动。平压模块丝杠9、平压模块电机11，所述的电机11通过减速器19和联轴器10控制丝杠9的转动，进而控制质量块6的移动，也保证了传动的平稳性和试验的精度。

所述的手柄16连接在蜗杆上，通过带座轴承连接在带座轴承支撑座21上，并通过滑动装置电机12和滑动装置丝杠13实现整个旋转台的滑动。

所述的试件支撑板24通过调节弹簧23的长度来上下移动以支撑试件的下表面。

现通过一拉伸+平压+弯曲试验的实例来介绍该用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能测试实验平台的工作方法及步骤：

步骤1：将试件通过螺栓拧紧固定在夹具上；

步骤2：通过拉伸模块电机使动载物台移动，进行拉伸试验；

步骤3：通过弯曲模块电机使弯曲细杆移动，进行弯曲试验；

步骤4：将弯曲细杆向上移动，使其离开试件；

步骤5：调整支撑板下螺栓，使试件下表面与支撑板上表面接触；

步骤6：通过平压模块电机使质量块移动，进行平压试验；

步骤7：调整支撑板下螺栓，使支撑板上表面与试件下表面分离。

Claims (2)

1.一种用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台，其特征在于，包括底座、旋转台、动载物台、静载物台、夹具、滑动装置、平压模块、侧压模块、弯曲模块和拉伸模块，其中，夹具的两个部分分别通过螺栓固定在动载物台和静载物台上，滑动装置通过螺栓固定在底座上；

其中，滑动装置包括带座轴承支撑座、轴承座支撑座、滑动模块电机、滑动模块丝杠、导轨、导轨固定座、丝杠固定座、滑块与滑动模块连接杆；带座轴承支撑座上面与带座轴承通过螺栓相连，轴承座支撑座与滚动轴承配合，并分别连接在左右的滑块上，滑块通过滑动模块连接杆相连；滑动模块电机、导轨固定座与丝杠固定座固定在底座上，且滑动模块连接杆与滑动模块丝杠相连；

平压模块包括平压模块丝杠、平压模块电机、减速器、联轴器、平压质量块、连接板、支撑板、弹簧与支撑板下螺栓；平压模块丝杠通过联轴器与减速器相连，同时减速器与底座通过螺栓固定并在水平方向上连接平压模块电机；平压质量块通过螺栓组与连接板连接，连接板后端与平压模块丝杠相连，并沿两侧立柱进行竖直方向的滑动；支撑板下部与旋转台相连，通过支撑板下螺栓的松紧配合弹簧控制支撑板的位置，实现对试件的支持；

侧压模块包括涡轮轴、涡轮、蜗杆、带座轴承、滚动轴承与手柄；涡轮轴上装有滚动轴承并通过轴套固定，该滚动轴承与滑动装置中滚动轴承支撑座配合；涡轮轴一端与旋转台一端重合，涡轮轴另一端为涡轮；涡轮与在其下方的蜗杆配合，且通过锁紧螺母固定；蜗杆两端与带座轴承配合，并在其中一端装有手柄，通过螺纹连接；

弯曲模块包括弯曲模块细杆、弯曲模块电机与弯曲模块丝杠；弯曲模块电机竖直放置，并通过与两侧立柱相连的板件固定，弯曲模块丝杠与弯曲模块电机相连，并同时连接弯曲模块细杆；弯曲模块细杆插入平压模块质量块中心的孔中，通过弯曲模块丝杠的驱动进行竖直方向的移动；

拉伸模块包括拉伸模块电机、拉伸模块丝杠、拉伸模块丝杠固定座；拉伸模块丝杠固定座通过螺栓固定在旋转台上，且与拉伸模块丝杠相连，拉伸模块丝杠与动载物台的孔配合并与拉伸模块电机相连，从而控制动载物台的滑动。

2.一种采用权利要求1所述用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将试件通过螺栓拧紧固定在夹具上；

步骤2，包括四种情况：

第一种情况，平压试验

1)调整平压模块中支撑板下螺栓，使支撑板上表面与试件下表面接触；

2)通过平压模块电机使质量块移动，进行平压试验；

3)调整支撑板下螺栓，使支撑板上表面与试件下表面分离；

第二种情况，侧压试验

1)转动手柄使旋转台旋转90度；

2)通过滑动装置令旋转台移动到方便压力施加的位置；

3)通过平压模块电机使质量块移动，进行侧压试验；

第三种情况，拉伸试验

1)通过拉伸模块电机使动载物台移动，进行拉伸试验；

第四种情况，弯曲试验

1)通过弯曲模块电机使弯曲细杆移动，进行弯曲试验；

所述四种情况，根据测试的需要，在一次实验中随机组合。