CN108426781A - 一种用于复合材料力学性能测试的实验系统 - Google Patents

一种用于复合材料力学性能测试的实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开涉及复合材料技术领域，尤其是一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，其包括微波加热发生器、温控组件、加载组件、夹具组件、可编程控制器，微波加热发生器包括微波加热腔，温控组件包括温控仪、温度传感器，温度传感器设置在微波加热腔中；加载组件包括电机、减速机、丝杆副、移动横梁、固定底座，夹具组件包括上夹具、下夹具，微波加热发生器、温控仪、电机均与可编程控制器相连接。微波加热发生器的加热速率快、能耗低、加热均匀，还有温控组件对温度进行精确地控制，保证结果的准确性；加载组件中的组件结构简单，使用效果好，成本低；夹具组件对复合材料试样的上下两端均进行了固定，固定效果好。

Description

一种用于复合材料力学性能测试的实验系统
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种用于复合材料力学性能测试的实验系统。
背景技术
由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观或微观上组成具有新性能的材料称为复合材料。复合材料中各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料在使用前，均会对其的力学性能进行实验测试，特别是力学性能，保证复合材料使用效果。目前，复合材料力学性能测试试验系统要么成本高，要么系统性较差，导致测得结构准确性较低，误差较大、效率较低，比如试样高温的来源主要是电加热，电加热能耗高，加热试样不均匀，对结果有较大的影响。
发明内容
发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、系统性强、误差小的复合材料力学性能测试的实验系统。
本发明解决其技术问题所采用的一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，包括微波加热发生器、温控组件、加载组件、夹具组件、可编程控制器，微波加热发生器包括微波加热腔，温控组件包括温控仪、温度传感器，温度传感器设置在微波加热腔中，且温度传感器与温控仪相连接，
加载组件包括电机、减速机、丝杆副、移动横梁、固定底座、支撑杆10，减速机一端与电机相连接，另一端与丝杆副相连接，固定底座上设置有连接孔，移动横梁上设置有第一螺纹孔，丝杆副穿过连接孔、第一螺纹孔，且丝杆副与第一螺纹孔相匹配连接，移动横梁设置在固定底座的上方，支撑杆的表面设置有外螺纹，移动横梁上设置有第二螺纹孔，支撑杆一端固定在固定底座上，另一端匹配穿过第二螺纹孔；
夹具组件包括上夹具、下夹具，上夹具连接固定在移动横梁的下部，下夹具连接固定在固定底座的上部，微波加热发生器设置在上夹具、下夹具之间，下夹具包括两个夹具体，两个夹具体通过螺栓连接在一起，夹具体包括夹具腔，夹具腔包括位于上部的圆柱部与位于下部的圆锥台部，圆锥台部的截面圆直径大于或者等于圆柱部的截面圆直径；
微波加热发生器、温控仪、电机均与可编程控制器相连接。
进一步的是，微波加热发生器还包括保温保护层，保温保护层设置在微波加热腔的外部。
进一步的是，电机为伺服电机。
进一步的是，加载组件还包括负载传感器，负载传感器设置在移动横梁上，且负载传感器与可编程控制器相连接。
进一步的是，上夹具与下夹具的结构相同。
本发明的有益效果是：本发明复合材料力学性能测试的实验系统包括微波加热发生器、温控组件、加载组件、夹具组件、可编程控制器，微波加热发生器包括微波加热腔，在对复合材料试样进行测试时，将复合材料试样通过夹具组件固定住，复合材料试样的加热部分位于微波加热腔中，通过微波加热发生器对其进行加热，温控组件对加热的温度进行控制，在加热过程中或者加热至一定温度后，加载组件对复合材料试样进行拉伸或者压缩，直至完成对复合材料试样力学性能测试。微波加热发生器的加热速率快、能耗低、加热均匀，还有温控组件对温度进行精确地控制，保证结果的准确性；加载组件中的组件结构简单，使用效果好，成本低；夹具组件对复合材料试样的上下两端均进行了固定，固定效果好，而且微波加热发生器、温控仪、电机均有可编程控制自动控制，并将试验数据进行记录并保存，自动化程度高。可见，本发明复合材料力学性能测试的实验系统系统性强、自动化程度高、结果的准确性高、误差小，利于推广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是下夹具与试样的结构示意图；
图3是夹具体的结构示意图；
图4是试样的结构示意图；
图中标记为：微波加热发生器1、微波加热腔11、电机2、减速机3、丝杆副4、移动横梁5、固定底座6上夹具7、下夹具8、夹具体81、螺栓82、夹具腔83、可编程控制器9、支撑杆10、负载传感器12、引伸计13、试样14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，微波加热发生器1、温控组件、加载组件、夹具组件、可编程控制器9，微波加热发生器1包括微波加热腔11，温控组件包括温控仪、温度传感器，温度传感器设置在微波加热腔11中，且温度传感器与温控仪相连接；微波加热发生器1的原理为：试样14吸收微波能是物料中极性分子与微波电磁场相互作用的结果，在外加交变电磁场作用下，试样14内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，如此众多的极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能，微波加热发生器1具有加热速率快、能耗低和加热均匀的优点，通过它对试样14进行加热，模拟实验的高温环境。
加载组件包括电机2、减速机3、丝杆副4、移动横梁5、固定底座6，减速机3一端与电机2相连接，另一端与丝杆副4相连接，固定底座6上设置有连接孔，移动横梁5上设置有第一螺纹孔，丝杆副4穿过连接孔、第一螺纹孔，且丝杆副4与第一螺纹孔相匹配连接，移动横梁5设置在固定底座6、的上方；夹具组件包括上夹具7、下夹具8，上夹具7连接固定在移动横梁5的下部，下夹具8连接固定在固定底座6的上部，微波加热发生器1设置在上夹具7、下夹具8之间；工作时，试样14通过上夹具7和下夹具8固定住，电机2带动减速机3转动，减速机3带动丝杆副4旋转，在丝杆副4与移动横梁5螺纹连接作用下，带动移动横梁5上下移动，移动横梁5带动上夹具7上下移动，从而对试样14进行拉伸和压缩。
微波加热发生器1、温控仪、电机2均与可编程控制器9相连接。
本发明复合材料力学性能测试的实验系统包括微波加热发生器1、温控组件、加载组件、夹具组件、可编程控制器9，微波加热发生器1包括微波加热腔11，在对复合材料试样14进行测试时，将复合材料试样14通过上夹具7、下夹具8固定住，复合材料试样14的加热部分位于微波加热腔11中，通过微波加热发生器1对其进行加热，温控组件对加热的温度进行控制，在加热过程中或者加热至一定温度后，加载组件对复合材料试样14进行拉伸或者压缩，直至完成对复合材料试样14力学性能测试。微波加热发生器1的加热速率快、能耗低、加热均匀，还有温控组件对温度进行精确地控制，保证结果的准确性；加载组件中的组件结构简单，使用效果好，成本低；夹具组件对复合材料试样的上下两端均进行了固定，固定效果好，而且微波加热发生器1、温控仪、电机2均有可编程控制自动控制，并将试验数据进行记录并保存，自动化程度高。可见，本发明复合材料力学性能测试的实验系统系统性强、自动化程度高、结果的准确性高、误差小，利于推广。
具体的，为了降低微波加热发生器1在加热过程中，热量的散发造成的损耗，可在微波加热发生器1还包括保温保护层，保温保护层设置在微波加热腔11的外部。
由于电机2由可编程控制器9自动控制启停，为了便于实现控制，电机2优选为伺服电机。为了提高移动横梁5的支撑稳定性，加载组件还设置有支撑杆10，支撑杆10的表面设置有外螺纹，移动横梁5上设置有第二螺纹孔，支撑杆10一端固定在固定底座6上，另一端匹配穿过第二螺纹孔。加载组件还设置有负载传感器12，负载传感器12设置在移动横梁5 上，且负载传感器12与可编程控制器9相连接，负载传感器12对试样14的重量进行测量。更进一步，本发明还设置有引伸计13，引伸计13与可编程控制器9相连接，引伸计13通过绷簧绑在试样14上，对试样14的伸缩量进行测定，负载传感器12、试样14将测得的数据传递给可编程控制9记录并保存，温控仪将温度的数据也传递给可编程控制9记录并保存，将所有数据传递至计算机中，再通过相关处理软件就能获得试样14的力学性能。为了便于观察整个测试的实验系统的运行情况，还可设置有显示屏，显示屏与可编程控制器相连接。
再如图1所示，上夹具7与下夹具8相对设置对试样14进行固定。上夹具7与下夹具8优选结构相同，上夹具7与下夹具8结构相同便于加工和备品备件。为了提高试样14固定、对中效果，方便试样14的固定安装，在此下夹具8结构来说明，如图2、图3所示，下夹具8包括两个夹具体81，两个夹具体81通过螺栓82连接在一起，夹具体81包括夹具腔83，也即是下夹具8为两半式结构。为了进一步提高试样14的固定效果，如图4所示，将试样 14设置为两端大、中间小的结构，夹具腔83设置为位于上部的圆柱部与位于下部的圆锥台部，圆锥台部的截面圆直径大于或者等于圆柱部的截面圆直径，这样将试样14两端大的部分固定在夹具腔83中，显著提高了试样14的固定、对中效果，进一步提高结构的准确性。

Claims (5)

1.一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，其特征在于：微波加热发生器(1)、温控组件、加载组件、夹具组件、可编程控制器(9)，微波加热发生器(1)包括微波加热腔(11)，温控组件包括温控仪、温度传感器，温度传感器设置在微波加热腔(11)中，且温度传感器与温控仪相连接；
加载组件包括电机(2)、减速机(3)、丝杆副(4)、移动横梁(5)、固定底座(6)、支撑杆(10)，减速机(3)一端与电机(2)相连接，另一端与丝杆副(4)相连接，固定底座(6)上设置有连接孔，移动横梁(5)上设置有第一螺纹孔，丝杆副(4)穿过连接孔、第一螺纹孔，且丝杆副(4)与第一螺纹孔相匹配连接，移动横梁(5)设置在固定底座(6)的上方，支撑杆(10)的表面设置有外螺纹，移动横梁(5)上设置有第二螺纹孔，支撑杆(10)一端固定在固定底座(6)上，另一端匹配穿过第二螺纹孔；
夹具组件包括上夹具(7)、下夹具(8)，上夹具(7)连接固定在移动横梁(5)的下部，下夹具(8)连接固定在固定底座(6)的上部，微波加热发生器(1)设置在上夹具(7)、下夹具(8)之间，下夹具(8)包括两个夹具体(81)，两个夹具体(81)通过螺栓(82)连接在一起，夹具体(81)包括夹具腔(83)，夹具腔(83)包括位于上部的圆柱部与位于下部的圆锥台部，圆锥台部的截面圆直径大于或者等于圆柱部的截面圆直径；
微波加热发生器(1)、温控仪、电机(2)均与可编程控制器(9)相连接。
2.如权利要求1所述的一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，其特征在于：微波加热发生器(1)还包括保温保护层，保温保护层设置在微波加热腔(11)的外部。
3.如权利要求1所述的一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，其特征在于：电机(2)为伺服电机。
4.如权利要求1所述的一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，其特征在于：加载组件还包括负载传感器(12)，负载传感器(12)设置在移动横梁(5)上，且负载传感器(12)与可编程控制器(9)相连接。
5.如权利要求1所述的一种用于复合材料力学性能测试的实验系统，其特征在于：上夹具(7)与下夹具(8)的结构相同。
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