CN108896411A - 一种针对夹层板芯层的剪切实验装置及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对夹层板芯层的剪切实验装置及其实验方法,第一侧载板、中心加载板、第二侧载板共同包夹于试件,第一侧载板、中心加载板、第二侧载板与试件接触面为锯齿,经过打磨、粘贴、组装、加热、加载测量两块试样的平均值。与现有技术相比,本发明的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置及其实验方法,测试夹层板芯层剪切性能更加准确,适用于芯层较厚的夹层板的芯层剪切实验和性能测试领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对夹层板芯层的剪切实验装置及其实验方法。
背景技术
夹层板结构由于具有轻质高强、隔音隔热等特点,自诞生起就得到了广泛应用,并且随着应用范围的逐渐增大,还在不断产生新的夹层板类型。为了充分了解各种夹层板的力学性能,需要按照试验标准对夹层板进行各项力学性能测试。在夹层板目前的主要使用场景中,如航空航天业、建筑墙体和减震装置,都需要承受面内剪切作用,因此夹层板芯层的面内剪切性能是力学性能测试中一项重要的测试内容。测试夹层板芯层结构剪切性能的国内外现行标准测试方法采用的加载板是两块平板,且平板与上下调整压头接触段均为线接触,在所加荷载较大时,平板尖端将发生明显变形,无法保证整个加载过程中时间一直保持对中状态。所以,力学性能更优越的新型夹层板迫切需要一种性能可靠、可以保证剪切测试中试件保持对中的实验装置和方法,以获得更准确的测试结果。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种能够解决现有标准实验在较大荷载下试件不能保持对中的问题,提高测试准确度,并可以一次测试两块夹层板的芯层剪切实验装置及其实验方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,包括第一侧载板、中心加载板、第二侧载板,中心加载板位于第一侧载板和第二侧载板之间,中心加载板的一端位于第一侧载板和第二侧载板之间间隙外部,中心加载板的另一端位于第一侧载板和第二侧载板之间间隙内部,所述第一侧载板与中心加载板之间以及第二侧载板与中心加载板之间分别开设有用于夹持试件的试件槽,第一侧载板、中心加载板、第二侧载板与试件接触的面上分别布置有锯齿。
作为进一步的优选方案,所述第一侧载板朝向中心加载板的面上开设有第一凹槽,所述第二侧载板朝向中心加载板的面上开设有第二凹槽,所述中心加载板朝向第一侧载板的面上开设有第三凹槽,中心加载板朝向第二侧载板的面上开设有第四凹槽,第一凹槽与第三凹槽形成试件槽,第二凹槽与第四凹槽也形成试件槽,所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽的均为长方体槽体,第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽的尺寸相同。
作为进一步的优选方案,所述第一凹槽与第三凹槽形成的试件槽尺寸,以及第二凹槽与第四凹槽形成的试件槽尺寸均大于其内部的试件尺寸。
作为进一步的优选方案,所述锯齿的齿深和齿距为0.01mm-1mm。
一种针对夹层板芯层的剪切实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将试件与第一侧载板、中心加载板、第二侧载板接触的表面打磨粗糙,并用工业酒精清洗试样粗糙表面以及第一侧载板、中心加载板、第二侧载板上具有锯齿的部分;
步骤二:将树脂和固化剂以2:1的质量比配制成复合材料专用粘结剂,将粘结剂均匀涂抹在试样粗糙表面上以及第一侧载板、中心加载板、第二侧载板的锯齿上;
步骤三:将两块试样分别放入第一侧载板、中心加载板、第二侧载板合并形成的两个试件槽中,随后将整个实验装置放入真空桶抽空3到5分钟,消除粘结剂里的空气;
步骤四:用夹子加压固定在第一侧载板和第二侧载板上,然后将整个实验装置放入烘箱,保持60℃恒温加热24h,粘结剂凝固;
步骤五:将整个实验装置固定在压力试验机上,通过压力试验机的压头对中心加载板的端部进行施加荷载,第一侧载板和第二侧载板在压力试验机的工作台上受到反作用力,同时进行两块试件的剪切实验,借助压力试验机的信息采集系统获得两个试件共同的荷载-位移曲线后可直接求均值, 得出试件的抗剪切力数据。
与现有技术相比,本发明的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置及其实验方法,能够在实验荷载较大时保持试样仍处于对中状态,而且测得的实验结果可直接获得两个试件共同的荷载-位移曲线后可直接求均值,凹槽还可阻止荷载较大时试件和三块加载板之间发生滑移,而将试样与加载板接触的部位打磨粗糙后,用粘结剂和加载板粘贴在一起,并放入真空桶抽真空,再恒温加热后即可进行剪切实验。有别于现行标准的加载方式,该实验装置和方法能够在实验荷载较大时保持试样仍处于对中状态(即夹层板中轴线与实验开始时位置不发生变化),因此测试夹层板芯层剪切性能更加准确,适用于芯层较厚的夹层板的芯层剪切实验和性能测试领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的实验方法流程图;
图3为本发明实验实例所得荷载-位移曲线图;
其中,1-第一侧载板,2-中心加载板,3-第二侧载板,4-锯齿。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。
如图1所示,本发明的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,包括第一侧载板1、中心加载板2、第二侧载板3,中心加载板2位于第一侧载板1和第二侧载板3之间,第一侧载板1与中心加载板2之间以及第二侧载板3与中心加载板2之间分别开设有用于夹持试件的试件槽,第一侧载板1、中心加载板2、第二侧载板3与试件接触的面上分别布置有锯齿4。
如图1所示,中心加载板2的一端位于第一侧载板1和第二侧载板3之间间隙外部,该端部为受压端,中心加载板2的另一端位于第一侧载板1和第二侧载板3之间间隙内部,在压力试验机上,受压端受到压力试验机从上至下的压力,而第一侧载板1和第二侧载板3上远离受压端的一端则受到压力试验机工作台面从下至上的反作用力,中心加载板2与两侧的第一侧载板1和第二侧载板3受力方向不同,从而对夹层板芯层进行剪切力承受实验。
进一步的说,第一侧载板1朝向中心加载板2的面上开设有第一凹槽,所述第二侧载板3朝向中心加载板2的面上开设有第二凹槽,所述中心加载板2朝向第一侧载板1的面上开设有第三凹槽,中心加载板2朝向第二侧载板3的面上开设有第四凹槽,第一凹槽与第三凹槽形成试件槽,第二凹槽与第四凹槽也形成试件槽,所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽的均为长方体槽体,第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽的尺寸相同。
本例中试样为长方体一体化蜂窝板,外形尺寸为79×50×10mm(长度×宽度×厚度),其结构参数为蜂窝(正六边形)内切圆半径为8mm,蜂窝壁厚度为2.5mm,小柱直径为5mm,制备试样所需要的工艺小孔直径为6mm,上下面板厚度均为2mm。此处试样采用6mm短切玄武岩纤维(浙江石金玄武岩纤维有限公司,GBF-101Y5)作为增强材料,其单丝直径为13μm,基体材料为双酚A型E51环氧树脂(星辰化工新材料有限公司无锡树脂厂,WSR618)。
具体的说,三块加载板的凹槽组装形成两处放置试件的槽位,槽位各尺寸较试件尺寸略大,便于涂抹粘结剂,槽位在荷载较大时可以防止试件与加载板间发生滑移,锯齿4的齿深和齿距为0.01mm-1mm,以便涂抹粘结剂,增强试件与加载板间的粘结程度。
本发明的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,包括以下步骤:
步骤一:打磨试件:将试件与第一侧载板1、中心加载板2、第二侧载板3接触的表面打磨粗糙,并用工业酒精清洗试样粗糙表面以及第一侧载板1、中心加载板2、第二侧载板3上具有锯齿4的部分,保持接触面充分洁净;
步骤二:粘贴:将树脂和固化剂以2:1的质量比配制成复合材料专用粘结剂,将粘结剂均匀涂抹在试样粗糙表面上以及第一侧载板1、中心加载板2、第二侧载板3的锯齿4上;本实验所用树脂为上海三悠树脂有限公司的产品,其固化剂为固化剂593(无锡硕华环保新材料有限公司),稀释剂为活性稀释剂501(无锡市品华化工有限公司)。其中,环氧树脂浇铸体质量配比为环氧树脂:固化剂:稀释剂=10:3:1;
步骤三:组装:将两块试样分别放入第一侧载板1、中心加载板2、第二侧载板3合并形成的两个试件槽中,形成整体的实验装置,随后将整个实验装置放入真空桶抽空3到5分钟,消除粘结剂里的空气;
整个实验装置的安装按照第一侧载板1、试件、中心加载板2、试件、第二侧载板3的顺序从左往右组装而成,两块试件嵌置于三块加载板共同组成的两处凹槽中,可以防止荷载较大时,试件不对中或试件和加载板间产生滑移;
步骤四:加热:用夹子加压固定在第一侧载板1和第二侧载板3上,然后将整个实验装置放入烘箱,保持60℃恒温加热24h,粘结剂凝固;
步骤五:加载:将整个实验装置固定在压力试验机上,通过压力试验机的压头对中心加载板2的端部进行施加荷载,第一侧载板1和第二侧载板3在压力试验机的工作台上受到反作用力,同时进行两块试件的剪切实验,借助压力试验机的信息采集系统获得两个试件共同的荷载-位移曲线后可直接求均值,即压力试验机的信息采集系统得到中心加载板2与两侧第一侧载板1和第二侧载板3的相对压缩位移,结合实时压力数据给出的对比曲线 图,得出试件的抗剪切力数据。
实验采用荷载加载模式,加载速率为0.5mm/min。试验在电液式压力试验机(SYE-2000型,无锡市锡佳测试仪器厂)上进行,测试时实验室温度15℃,相对湿度45%。需要提前说明的是,因本次试验采用双面剪切试验方法,一次剪切试验过程同时剪切两块试样,所以每次试验将对应两条荷载-位移曲线。微细结构观察采用场发射扫描电子显微镜,型号为Quanta 200 FEI (FEI;分辨率:1.2nm @ 30kV)。所得荷载-位移曲线(即一次实验中两块板剪切的实验结果除2后的数据)
如图3所示。图中两次实验结果的曲线没有完全重合,这是由于试样本身有纤维强化复合材料组成,影响强度本身的影响因素较多。鉴于曲线中没有出现夹具与样品之间的滑移等现象,因此可认为是样品本身的误差所致,而不是测试方法所致。说明本实验装置可靠。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,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保护范围之内。
Claims (5)
1.一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,其特征在于:包括第一侧载板(1)、中心加载板(2)、第二侧载板(3),中心加载板(2)位于第一侧载板(1)和第二侧载板(3)之间,中心加载板(2)的一端位于第一侧载板(1)和第二侧载板(3)之间间隙外部,中心加载板(2)的另一端位于第一侧载板(1)和第二侧载板(3)之间间隙内部,所述第一侧载板(1)与中心加载板(2)之间以及第二侧载板(3)与中心加载板(2)之间分别开设有用于夹持试件的试件槽,第一侧载板(1)、中心加载板(2)、第二侧载板(3)与试件接触的面上分别布置有锯齿(4)。
2.根据权利要求1所述的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,其特征在于:所述第一侧载板(1)朝向中心加载板(2)的面上开设有第一凹槽,所述第二侧载板(3)朝向中心加载板(2)的面上开设有第二凹槽,所述中心加载板(2)朝向第一侧载板(1)的面上开设有第三凹槽,中心加载板(2)朝向第二侧载板(3)的面上开设有第四凹槽,第一凹槽与第三凹槽形成试件槽,第二凹槽与第四凹槽也形成试件槽,所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽的均为长方体槽体,第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽的尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,其特征在于:所述第一凹槽与第三凹槽形成的试件槽尺寸,以及第二凹槽与第四凹槽形成的试件槽尺寸均大于其内部的试件尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置,其特征在于:所述锯齿(4)的齿深和齿距为0.01mm-1mm。
5.一种基于权利要求1-4中任意一项所述的一种针对夹层板芯层的剪切实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将试件与第一侧载板(1)、中心加载板(2)、第二侧载板(3)接触的表面打磨粗糙,并用工业酒精清洗试样粗糙表面以及第一侧载板(1)、中心加载板(2)、第二侧载板(3)上具有锯齿(4)的部分;
步骤二:将树脂和固化剂以2:1的质量比配制成复合材料专用粘结剂,将粘结剂均匀涂抹在试样粗糙表面上以及第一侧载板(1)、中心加载板(2)、第二侧载板(3)的锯齿(4)上;
步骤三:将两块试样分别放入第一侧载板(1)、中心加载板(2)、第二侧载板(3)合并形成的两个试件槽中,随后将整个实验装置放入真空桶抽空3到5分钟,消除粘结剂里的空气;
步骤四:用夹子加压固定在第一侧载板(1)和第二侧载板(3)上,然后将整个实验装置放入烘箱,保持60℃恒温加热24h,粘结剂凝固;
步骤五:将整个实验装置固定在压力试验机上,通过压力试验机的压头对中心加载板(2)的端部进行施加荷载,第一侧载板(1)和第二侧载板(3)在压力试验机的工作台上受到反作用力,同时进行两块试件的剪切实验,借助压力试验机的信息采集系统获得两个试件共同的荷载-位移曲线后可直接求均值,得出试件的抗剪切力数据。
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