CN107991178A - 一种试样拉伸性能测试装置和试样拉伸性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种试样拉伸性能测试装置和试样拉伸性能测试方法，其中试样拉伸性能测试装置包括试样锚固装置、试样拉伸装置和锚头回收装置；试样锚固装置包括锚头,两对夹紧块和粘胶剂层；锚头上设有楔形通孔，这样的锚固装置采用摩阻锚固原理实现试样的夹持，相比于传统的加固片能够提供更有效的锚固；与传统的楔形夹具相比，夹头质量较轻，拆卸方便；并且采用让位孔的形式安装测试样条，使测试样条的拆装更为简便，提高了测试效率，同时可以方便快捷的调节试样的受力方向，避免产生偏心拉伸；锚头回收装置能够降低试验的成本，使试验后的锚头和夹紧块可以重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，特别涉及一种试样拉伸性能测试装置和一种试样拉伸性能测试方法。
背景技术
近年来，粘贴碳纤维板材加固技术在结构修复和补强工程中的应用日益广泛。碳纤维板材为新型高强材料，在土木建筑工程中通常贴在砼构件的表面来加强构件的强度。该技术能充分发挥碳纤维板的各项优势，尤其是碳纤维板高强的抗拉性能。因此，研究单向碳纤维板材的拉伸性能非常必要。
目前，单向碳纤维板的拉伸性能的测试方法已有国家标准GB/T3354-2014《定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法》，GB/T3354-2014中规定，在单向纤维增强聚合物基复合材料中宜采用织物、无纺布增强复合材料或铝合金板作为试样的加强片。但是，采用上述试验方法中的制样方法测试碳纤维板试样的拉伸性能时，碳纤维板的厚度在2毫米以下、拉力小于1吨时，加强片可有效夹持试样；而当碳纤维板的厚度在2毫米以上、拉力大于1吨时，则加强片已不能保证可靠夹持和锚固试样，具体表现为碳纤维板相对加强片滑移、碳纤维板材料内部剥离等问题，从而导致无法得出准确的测试结果。
因此，需要一种能够有效夹持厚度在2毫米以上的碳纤维板拉伸测试装置实现准确测试单向碳纤维板的拉伸性能。
发明内容
为解决厚度在2毫米以上碳纤维板等材料试样进行性能测试时，无法可靠夹持试样的问题，本发明提供一种新试样拉伸性能测试装置和采用前述装置的试样拉伸性能测试方法。
本发明提供一种试样拉伸性能测试装置，包括试样锚固装置、试样拉伸装置和锚头回收装置；
所述试样锚固装置包括锚头、两个夹紧块和粘胶剂层；
所述锚头上设有楔形通孔；所述楔形通孔的侧壁包括相向设置的两个导向面；所述导向面的延伸方向形成第一夹角；
所述两个夹紧块均设有试样夹持面和导向配合面；所述两个夹紧块的试样夹持面贴合时，所述两对夹紧块的导向配合面形成第二夹角；
所述第一夹角大于或等于所述第二夹角；
所述试样通过所述楔形通孔穿过两个所述锚头；所述试样端部和所述试样夹持面均设有喷砂层；所述试样端部通过所述粘胶剂层和所述喷砂层与所述试样锚固装置的两个所述夹紧块粘结成一体。
可选的，所述夹紧块为楔形块。
可选的，所述夹紧块被两个所述导向面夹紧后，所述试样夹持面平行于所述楔形通孔轴线。
可选的，所述第一夹角为4-8°。
可选的，所述试样拉伸装置为夹头；所述夹头上设有定位所述锚头的凹槽；所述凹槽的侧壁设有使所述试样通过的让空位；所述让空位和所述凹槽连通。
可选的，所述夹头上设有用于连接测试设备的销孔。
可选的，所述锚头回收装置包括冲舍和冲击头；
所述冲舍包括锚头安装孔、冲击头安装孔和连通孔；所述锚头安装孔与所述锚头尺寸配合；所述连通孔连通所述锚头安装孔和所述冲击头安装孔；
所述冲击头包括定位部、冲头和受力部；所述定位部连接所述受力部和所述冲头；所述定位部与所述冲击头安装孔配合；
其中，所述锚头安装在所述锚头安装孔内并且所述冲击头安装在所述冲击头安装孔内时，冲头通过连通孔深入楔形通孔并抵靠夹紧块。
本发明还提供一种试样拉伸性能测试方法，采用如前所述的试样拉伸性能测试装置；所述包括以下步骤：
裁切形成所述拉伸试样；
打磨试样的端部和所述夹紧块的试样夹持面、形成喷砂层；将所述试样的两端分别穿过两个所述锚头的楔形通孔；
在所述夹持块的试样夹持面和/或所述试样的表面涂布粘接剂，形成粘胶剂层；使所述夹紧块的试样夹持面粘接试样；压紧排出试所述粘胶剂层中的空气；将夹紧块塞入对应锚头的楔形通孔中；
将两个所述锚头分别安装在两个所述夹头的凹槽内；将两个所述夹头安装在拉伸试验机上，进行拉伸测试。
可选的，将所述夹紧块塞入对应的所述锚头的楔形通孔前，还包括:
在所述导向面和/或所述导向配合面涂覆润滑油。
可选的，在进行拉伸测试后，还包括：
拆分所述锚头和所述夹紧块。
本发明提供的试样拉伸性能测试装置，包括试样锚固装置、试样拉伸装置和锚头回收装置，其中试样锚固装置包括锚头,两对夹紧块和粘胶剂层；锚头上设有楔形通孔；楔形通孔的两个导向面之间具有第一夹角；两对夹紧块均包括试样夹持面和导向配合面；两对夹紧块的试样夹持面贴合后，两个导向配合面形成第二夹角；试样通过楔形通孔穿插在两个锚头上；同时，试样两端设有喷砂层，并且通过粘胶剂层与两对夹紧块粘结成一体；另外，两对夹紧块的夹持面设有喷砂层；两个导向配合面分别与对应的导向面配合后，两对夹紧块夹紧试样。这样的锚固装置采用摩阻锚固原理实现试样的夹持，相比于传统的加固片能够提供更有效的锚固；与传统的楔形夹具相比，夹头质量较轻，拆卸方便；并且采用让位孔的形式安装测试样条，使测试样条的拆装更简便，提高测试效率，同时可以方便快捷的调节试样的受力方向，避免产生偏心拉伸；锚头回收装置能够降低试验的成本，使试验后的锚头和夹紧块可以重复利用。
本发明提供的采用前述锚固装置的试样拉伸测试方法，能够保证测试过程中试样的可靠夹持，使拉伸性能测试的成功率达到100％。
附图说明
为更清楚地说明背景技术或本发明的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，以下结合具体实施方式的附图仅是用于方便理解本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明一实施例中锚头轴测示意图；
图2是本发明一实施例中锚头正视图；
图3是图2中A-A截面示意图；
图4是图2中B-B截面示意图；
图5是本发明一实施例中夹紧块示意图；
图6是本发明一实施例中夹紧块正视图；
图7是本发明一实施例中夹紧块左视图；
图8是本发明一实施例中夹头示意图；
图9是图8中C-C截面示意图；
图10是本发明一实施例中冲舍截面示意图；
图11是本发明一实施例中冲击头示意图；
图12是本发明实施例试样拉伸性能测试方法流程图；
其中：1-锚头、11-锚头本体、12-楔形通孔、121-窄口端、122-宽口端、13-导向面、2-楔形块、21-楔形块本体、22-试样夹持面、23-导向配合面、3-夹头、31-凹槽、32-让空位、33-销孔、4-冲舍、41-锚头安装孔、42-冲击头安装孔、43-连通孔、5-冲击头、51-定位部、52-冲头、53-受力部。
具体实施方式
本发明提供一种用于厚度在2毫米以上的碳纤维板试样拉伸性能测试装置和试样拉伸性能测试方法，能够适应诸如碳纤维板等高强度材料的拉伸性能测试，保证测试结果的准确性。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细说明。
本发明提供的一种试样拉伸性能测试装置，包括两对试样锚固装置、两对试样拉伸装置和锚头回收装置，其中每对试样锚固装置均包括锚头1、两个夹紧块2和粘胶剂层，锚头1设有楔形通孔12，夹紧块2塞入到锚头1中实现对碳纤维板测试试样的夹紧。
图1是本发明一实施例中锚头轴测示意图，图2是本发明一实施例中锚头正视图，图3是图2中A-A截面示意图，图4是图2中B-B截面示意图。如图1-图4，锚头1包括锚头本体11和设置在锚头本体11中间区域的楔形通孔12，在楔形通孔12的两端部分别为窄口端121和宽口端122，楔形通孔12的侧壁包括两个相向设置的导向面13。两个导向面13的延伸方向之间形成第一夹角。
图5是本发明一实施例中夹紧块示意图，图6是本发明一实施例中夹紧块正视图，图7是本发明一实施例中夹紧块左视图。如图5-图7，在一实施例中，夹紧块2包括夹紧块本体21、设置在夹紧块本体21上的试样夹持面22和导向配合面23，其中试样夹持面22和导向配合面23位于夹紧块本体21两个相对的表面上。
本实施例中的试样锚固装置采用两对夹紧块2夹持待测试的试样。具体的，试样通过穿过两个试样锚固装置锚头1的楔形通孔12；试样端部和试样夹持面22的两端设有喷砂层，试样通过喷砂层和粘胶剂层与两个夹紧块2粘结成一体。试样和试样夹持面22粘接在一起后，两对夹紧块2的导向配合面23之间形成第二夹角，并且第二夹角等于前述的第一夹角。
当试样受到拉力作用而向楔形通孔12的窄口端121移动时，两对夹紧块2随试样一起移动；而由于两个导向面13和对应的导向配合面23贴合，锚头本体11通过导向面13和导向配合面23挤压夹紧块2，使两对夹紧块2进一步地夹紧试样并向试样施加更大的摩擦力，防止试样相对于夹紧块2移动；同时，试样也向试样施加相反方向的摩擦力，防止夹紧块2回弹，使夹紧块2和锚头1之间形成自锁。
本发明实施例中的试样锚固装置采用楔块摩阻锚固原理实现对试样的夹紧，相比于现有技术中采用加强片固定试样的夹紧方式，本发明通过楔块的挤压作用产生更大的摩擦力，可适用于诸如碳纤维板等高强度材料的拉伸性能测试，避免使用加强片时因拉伸设备拉力过大而无法精确夹持和锚固试样的问题。
如图1-图7，本实施例中，楔形通孔12的横截面为矩形面，相应的，两对夹紧块2夹持试样后形成的整体的横截面也为矩形面；同时，为实现相应的楔形定位功能，本实施例中楔形通孔12的窄口端121的横截面积应当小于两个夹紧块2夹持固定试样区域的横截面积。
如图2-图4，在本发明一实施例中，楔形通孔12的两个导向面13均为平面，且两个导向面13相对于楔形通孔12延伸方向的中心线对称，即两个导向面13均与楔形通孔12延伸方向的中心线间形成第三夹角。可想到，因为两个导向面13对称设置，所以第三夹角为第一夹角的一半。在本发明一具体实施例中，第一夹角可设置为4°-8°，优选为6°，相对应的第三夹角为3°。
在本实施例中，两对夹紧块2结构尺寸完全相同。如图5-图7，本实施中，两对夹紧块2均为楔形块，即两个夹紧块2的试样夹持面22和导向配合面23之间形成第四夹角。前文所述，因为第一夹角和第二夹角相同，所以第二夹角也优选设置为6°，相应的第四夹角也为3°。
如前文所述，因为两对夹紧块2尺寸相同，并且楔形通孔12的两个导向面13对称，所以当夹持块插入到楔形通孔12内后，两个夹持块之间的试样夹持面22平行于楔形通孔12的轴线。
需要说明的是，上文所说的楔形通孔12的两个导向面13对称设置、两个夹紧块2均为楔形块仅是本发明的一较为优选实施例的结构，不应当理解为对本发明核心发明点的限定。在其他实施例中，楔形通孔12的两个导向面13也可按照其他方式设置，只要能够实现相应的导向和定位夹紧块2的作用即可；同样的，两个夹紧块2也可分别其他结构，只要保证两个夹紧块2夹持试样后能够在楔形通孔12内固定即可。
本实施例中，两个导向面13形成的第一夹角和两个导向配合面23形成的第二夹角相等。在实际应用中，这样可保证导向面13和导向配合面23较好的贴合，防止出现应力集中的问题。但相应的，如锚头1尺寸或夹紧块2尺寸不准确，则在测试过程中可能产生“切口效应”，使得试样部分区域被破坏。为避免这一问题，在其他实施例中，还可使第一夹角略大于第二夹角，以使夹紧块2截面较大区域的导向配合面23和楔形通孔12中的导向面13配合。
在实际测试过程中，试样需预先固定在两个锚头1之间，才可较为方便地实现拉伸测试。优选的，本实施例中，在两个夹紧块2之间设置粘胶剂层，试样通过粘胶剂层与夹紧块2固定连接后，再将固化成一体的试样和夹紧块塞入至楔形通孔12中。当然，在其他实施例中，也可在夹紧块2中设置卡接槽等预夹紧部件实现试样的固定。
为实现拉伸测试，试样安装在锚固装置上后，还需要将锚固装置安装在试样拉伸性能测试装置中。图8是本发明一实施例中夹头示意图；图9是图8中C-C截面示意图。如图8和图9，为便于和拉伸测试设备连接，本实施例提供的试样拉伸装置为夹头3。夹头3上设有定位锚头1的凹槽31，此外，为使试样能够伸出凹槽31，在凹槽31的侧壁上还设有让空位32。
具体应用中，夹头3可通过销轴连接的方式固定在拉伸测试设备中，也可采用螺纹连接等方式固定在拉伸测试设备中。在本实施例中，为便于夹头3的快速拆卸，夹头3上设置有销孔33，夹头3和拉伸测试设备通过销轴固定方式连接。另外，因为测试过程中，锚头1和夹紧块2均处于高应力状态，为保证锚固工具本身形变而影响测试结果，本发明实施例中的锚头1、夹紧块2和夹头3均采用40Cr钢制成。
另外，本实施例中的试样拉伸性能测试装置除包括以上部件外，还包括锚头回收装置。锚头回收装置包括冲舍4和冲击头5，冲舍4和冲击头5可用于分离锚头和夹紧块。
图10是本发明一实施例中冲舍截面示意图；图11是本发明一实施例中冲击头示意图。如图10，冲舍4包括锚头安装孔41、冲击头安装孔42和连通孔43；锚头安装孔41和锚头的尺寸配合，锚头可定位安装在锚头安装孔41内；连通孔43使锚头安装孔41和冲击头安装孔42连通。如图11，冲击头5包括定位部51、冲头52和受力部53，定位部51连接受力部53和冲头52。定位部51和冲击头安装孔42配合。在锚头安装在锚头安装孔41且冲街头安装在冲击头安装孔42内时，冲头52通过连通孔深入至锚头的楔形通孔内并抵靠夹紧块。
以上对本发明提供的试样用锚固设备进行的详细介绍。下面对如何使用此拉伸性能测试装置进行试样的性能测试拉伸测试做介绍。图12是本发明实施例试样拉伸性能测试方法流程图，如图12，本发明实施例提供的拉伸性能测试方法包括以下步骤。
S101：裁切形成试样。
按照锚头1中楔形通孔12的截面尺寸以及相应的测试标准相应的标准制作试样。具体的，可根据GB/T3354-2014将测试材料诸如碳纤维板裁成250.0mm(长度)×12.5mm±0.1mm(宽度)的标准试样。
S102：打磨试样的端部和夹紧块的试样夹持面、形成喷砂层；将试样的两端分别穿过两个锚头的楔形通孔。
S103：在夹持块的试样夹持面和/或试样的表面涂布粘接剂，形成粘胶剂层；使夹持块的试样夹持面粘接试样；压紧排出试样夹持面和试样之间的空气；将夹紧块塞入对应锚头的楔形通孔中；
S104:将两个锚头分别安装在两个夹头的凹槽内；将两个夹头安装在拉伸试验机上，进行拉伸测试。
另外，为便于测试完成后拆分夹紧块2和锚头1，将夹紧块2塞入对应的锚头1的楔形通12孔前，还包括S105：在导向面和/或导向配合面涂覆润滑油。
为重复使用锚头和夹紧块，采用前述测试方法完成拉伸测试后，还包括S106：采用冲舍和冲击头拆分锚头和夹紧块2。
完成测试工作后，可将锚头和冲击头5安装在冲舍4内，使冲头52深入楔形孔内并抵靠夹紧块。敲击受力部53，定位部51向冲击头安装孔42内移动时，冲头52冲击夹紧块而使夹紧块和锚头分离。
实际使用中，本发明实施例提供的试样拉伸性能测试装置安装较为方便，可大大地简化后续操作流程，提高测试效率。另经过实际测试验证，本发明提供的锚固装置可承受12吨以上的拉力，可满足碳纤维板等高强度拉伸性能测试需求。
以上对本发明实施例中的试样拉伸性能测试装置和试样拉伸性能测试方法进行了详细介绍。本部分采用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种试样拉伸性能测试装置，其特征在于：包括试样锚固装置、试样拉伸装置和锚头回收装置；
所述试样锚固装置包括锚头(1)、两对夹紧块(2)和粘胶剂层；
所述锚头(1)上设有楔形通孔(12)；所述楔形通孔(12)的侧壁包括相向设置的两个导向面(13)；所述导向面(13)的延伸方向形成第一夹角；
所述两对夹紧块(2)均设有试样夹持面(22)和导向配合面(23)；所述两对夹紧块(2)的试样夹持面(22)贴合时，所述两对夹紧块(2)的导向配合面(23)形成第二夹角；
所述第一夹角大于或等于所述第二夹角；
所述试样通过所述楔形通孔(12)穿过两个所述锚头(1)；所述试样端部和所述试样夹持面均设有喷砂层；所述试样端部通过所述粘胶剂层和所述喷砂层与所述试样锚固装置的两对所述夹紧块(2)粘结成一体。
2.根据权利要求1所述的试样拉伸性能测试装置，其特征在于：所述夹紧块(2)为楔形块。
3.根据权利要求1所述的试样拉伸性能测试装置，其特征在于：所述夹紧块(2)被两个所述导向面(13)夹紧后，所述试样夹持面(22)平行于所述楔形通孔(12)轴线。
4.根据权利要求1所述的试样拉伸性能测试装置，其特征在于：所述第一夹角为4-8°。
5.根据权利要求1-4任一项所述的试样拉伸性能测试装置，其特征在于：所述试样拉伸装置为夹头(3)；所述夹头(3)上设有定位所述锚头(1)的凹槽(31)；所述凹槽(31)的侧壁设有使所述试样通过的让空位(32)；所述让空位(32)和所述凹槽(31)连通。
6.根据权利要求5所述的试样拉伸性能测试装置，其特征在于：所述夹头(3)上设有用于连接测试设备的销孔(33)。
7.根据权利要求1-4任一项所述的试样拉伸性能测试装置，其特征在于：所述锚头回收装置包括冲舍(4)和冲击头(5)；
所述冲舍(4)包括锚头安装孔(41)、冲击头安装孔(42)和连通孔(43)；所述锚头安装孔(41)与所述锚头(1)尺寸配合；所述连通孔(43)连通所述锚头安装孔(41)和所述冲击头安装孔(42)；
所述冲击头(5)包括定位部(51)、冲头(52)和受力部(53)；所述定位部(51)连接所述受力部(53)和所述冲头(52)；所述定位部(51)与所述冲击头安装孔(42)配合；
其中，所述锚头(1)安装在所述锚头安装孔(41)内并且所述冲击头(5)安装在所述冲击头安装孔(42)内时，所述冲头(52)通过所述连通孔(43)深入所述楔形通孔(11)并抵靠所述夹紧块(2)。
8.一种试样拉伸性能测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的试样拉伸性能测试装置；所述包括以下步骤：
裁切形成所述拉伸试样；
打磨试样的端部和所述夹紧块(2)的试样夹持面、形成喷砂层；
将所述试样的两端分别穿过两个所述锚头(1)的楔形通孔(12)；
在所述夹持块的试样夹持面(22)和/或所述试样的表面涂布粘接剂，形成粘胶剂层；使所述夹紧块(2)的试样夹持面(22)粘接试样；压紧排出试所述粘胶剂层中的空气；将夹紧块(2)塞入对应锚头(1)的楔形通孔(12)中；
将两个所述锚头(1)分别安装在两个所述夹头(3)的凹槽内；将两个所述夹头(3)安装在拉伸试验机上，进行拉伸测试。
9.根据权利要求8所述的试样拉伸性能测试方法，其特征在于：将所述夹紧块(2)塞入对应的所述锚头(1)的楔形通孔(12)前，还包括:
在所述导向面(13)和/或所述导向配合面(23)涂覆润滑油。
10.根据权利要求8或9所述的试样拉伸性能测试方法，其特征在于，在进行拉伸测试后，还包括：
拆分所述锚头(1)和所述夹紧块(2)。
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