CN109030203A - 柔性织物纱线拔出实验装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

柔性织物纱线拔出实验装置及其工作方法，属于柔性织物纱线拔出评价的技术领域。装置包括刚性框架、夹持卡具、滑轨、滑块、预紧力施加机构和插栓。织物试件被夹持卡具夹持，通过压紧螺栓夹紧，夹持卡具移动端通过滑轨与刚性框架相连。夹持卡具的织物夹持面固定有摩擦副，保证在纱线拔出过程中织物不会发生滑脱。夹持卡具移动端和滑块一起安装在刚性框架上，沿滑轨方向移动，以便对织物施加预紧力，并保证织物试件受力均匀。柔性织物试件被夹持好后可以通过预紧力施加机构加载面内预紧力，通过旋转螺块压缩弹簧为织物提供预紧力，力传感器用来测量预紧力大小，并在实验过程中实时记录预紧力的变化情况，对于织物面内受力情况具有重要意义。

Description

柔性织物纱线拔出实验装置及其工作方法

技术领域

本项发明涉及柔性织物纱线拔出实验装置及其工作方法，其属于柔性织物纱线拔出评价的技术领域。

背景技术

平纹防弹织物在弹道侵彻过程中，弹头的动能耗散方式主要有以下几种方式：

1) 纱线应变能；弹道侵彻过程中由于防弹织物纱线弹塑性变形产生应变所消耗的能量。

2)纱线拔出摩擦力耗能；在弹道冲击的过程中，与弹头直接接触的主要纱线会发生从织物中抽出的过程，在此过程中抽出纱线与织物其他纱线之间的摩擦力耗能也是弹头动能耗散一个重要方式。

3)织物的动能；柔性织物在弹道侵彻过程中弹头与织物纱线接触使得织物纱线获得动能，弹头的动能传递给织物，从而使得弹头动能减小，是弹头能量耗散的又一个重要方式。

根据防弹织物弹道侵彻过程中弹头能量耗散的几种方式可以看出，纱线从织物中拔出时的摩擦力耗能是一种重要的能量耗散方式，但是弹道侵彻过程十分迅速，无法单独对纱线抽出过程中的摩擦力耗能及织物力学响应进行研究，而防弹织物纱线拔出模型化方法是研究纱线拔出过程中的摩擦滑移与剪切变形的一种有效方式，对研究纱线拔出过程中的摩擦力耗能及织物整体力学响应具有重要意义。本项发明装置的提出为纱线拔出实验提供实验装置，也为纱线拔出实验面内位移的测量提供数字图形相关的光学测量方法。

发明内容

根据柔性织物纤维拔出实验要求，设计一种与拉伸试验机相匹配的柔性织物纱线拔出实验装置，涉及防弹织物弹道侵彻实验纱线拔出模型化方法，建立平纹柔性织物纱线拔出实验中摩擦滑移与剪切变形的评价体系，并且配合数字图像相关光学测量方法，识别织物面内事先预制的标记点，实验过程中记录面内标记点的位移，综合试验机载荷位移数据以及力传感器记录的预紧力变化情况，综合评价防弹织物纱线拔出过程中织物整体力学性能。

本发明采用的技术方案为：柔性织物纱线拔出实验装置，它包括刚性框架和夹持卡具固定端，该装置还包括预紧力施加机构和夹持卡具移动端；所述夹持卡具固定端设置在刚性框架的一端，夹持卡具移动端设置在刚性框架的滑轨上；所述夹持卡具固定端包括上压板、内部夹持板和下压板，上压板还设置有压紧螺栓；所述夹持卡具移动端包括固定在滑块上的夹持区和连接板，夹持区包括自上而下设置的上压板、内部夹持板和下压板，滑块带动夹持卡具移动端沿滑轨滑动；所述预紧力施加机构采用传动杆穿过刚性框架连接至连接板上，传动杆的刚性框架外侧设置力传感器和螺块，力传感器和螺块之间设置弹簧；传动杆上设置螺纹，螺块与传动杆进行螺纹传动；所述刚性框架上还通过插栓固定螺栓固定有插栓，在插栓对侧的刚性框架上设有受拉纱线预留口。

内部夹持板和下压板上设置有用于增加摩擦力的摩擦副。

柔性织物纱线拔出实验装置的工作方法，包括以下步骤：

1）在织物试件上做标记点：将特定尺寸的柔性织物试件分成左右两个区域，在右侧区域横向每隔5mm使用记号笔做一个标记点，纵向每隔5mm也同样做一个标记点，正常尺寸的织物试件一般横向标记8~10个标记点；纵向标记10~15个标记点，这就形成了一个行数在10~15之间，列数在8~10之间的标记点矩阵，利用标记点可以使用数字图像相关光学测量方法进行纤维织物面内位移测量。

2）将柔性织物试件使用夹持卡具夹紧：柔性织物试件的一侧放置在夹持卡具固定端中，另一侧放置在夹持卡具移动端中，并使用压紧螺栓夹紧。

3）对柔性织物试件施加预紧力：夹持卡具移动端和滑块一起安装在刚性框架的滑轨上，并且可沿滑轨方向自由滑动；通过预紧力施加机构对柔性织物试件加载面内预紧力，通过旋转螺块压缩弹簧为织物提供拉力；力传感器用来测量预紧力大小，并在实验过程中实时记录预紧力的变化情况。

4）将装置固定在试验机上并夹持纱线预留端：柔性织物试件夹持好，使用装置下部的插栓将整个装置固定在试验机上；将织物试件的纱线预留端穿过刚性框架上部的受拉纱线预留口并由试验机加载夹具夹紧，当升高试验机加载端达到纱线自然拉直且不存在预紧力的状态时，纱线预留端夹持完毕。

5）进行柔性织物的纱线拔出实验：织物夹持完成后进行防弹织物纤维拔出实验，在实验的同时，对织物试件进行数字图像相关光学测量记录标记点的面内位移，采集频率为5p/s；同时记录传动杆上的力传感器在纱线拔出过程中面内预紧力的变化情况。

织物试件通过夹持卡具的固定端和移动端夹紧，固定端与刚性框架相固定，移动端与滑块一起安装在刚性框架的滑轨上，并沿滑轨方向可以自由滑动。夹持卡具由上压板、内部夹持板、下压板及螺栓组成，织物试件从内部夹持板与下压板之间穿过，用固定螺栓将上压板、下压板与内部夹持板固定，并且通过上压板上的夹紧螺栓旋紧给予夹持板压力，从而夹紧织物试件，在夹持卡具的夹持面固定有摩擦副，保证实验过程中织物试件不发生滑脱。

织物试件被夹持卡具夹紧后通过预紧力施加机构对织物试件施加实验所需的预紧力。连接板与传动杆螺旋链接并穿过框架，通过旋动传动杆末端的螺块压紧置于螺块与传感器之间的弹簧，从而对织物试件施加预紧力，预紧力的大小由力传感器进行控制，并且在实验过程中力传感器可以对预紧力的变化情况进行实时记录。

刚性框架的下部设计有圆柱插栓固定装置，通过插栓与试验机上的嵌套插栓固定相连，从而将整个装置固定在试验机上。整个插栓固定装置通过螺栓与外部刚性框架相连接，保证整个装置夹持的稳定性。

整个实验装置组装在框架内，框架在实验过程中提供足够的刚度，保证柔性织物试件受力均匀。在实验过程中预留出织物试件的正面区域，可以进行织物试件数字图像相关光学方法的面内位移测量。在外部框架的上侧与左侧均设计有预留口以便在织物试件的安装过程中可以更加方便的调整织物试件的位置，并且织物试件纱线预留端可以穿过上部预留口并夹持在试验机的加载夹具上，从而进行纱线拔出实验。

本发明的有益效果：防弹织物弹道侵彻过程纱线拔出实验装置包括刚性框架、夹持卡具、滑轨、滑块、预紧力施加机构和插栓。织物试件被夹持卡具夹持，通过螺栓夹紧，夹持卡具移动端通过滑轨与刚性框架相连。夹持卡具的织物夹持面固定有摩擦副，保证在纱线拔出过程中织物不会发生滑脱，整个夹持卡具通过螺栓夹紧。夹持卡具移动端和滑块一起安装在刚性框架上，可沿滑轨方向移动，以便对织物施加预紧力，并保证织物试件受力均匀。

夹持卡具移动端通过连接板与传动杆相连，传动杆上开有螺纹，弹簧放置在螺块与传感器之间，刚性框架为整个装置提供结构支撑作用，在框架的下部使用螺栓与插栓圆柱相连用来将整个装置固定在试验机上。再将织物试验件纱线预留端穿过装置外部框架上侧的纱线预留口然后被试验机的加载夹具夹持，整个柔性织物试件夹持完毕。柔性织物试件被夹持好后可以通过预紧力施加机构加载面内预紧力，通过旋转螺块压缩弹簧为织物提供预紧力，力传感器用来测量预紧力大小，并在实验过程中实时记录预紧力的变化情况。这对于评价防弹织物纱线拔出过程中织物面内受力情况具有重要意义。

附图说明

图1是柔性织物纱线拔出实验装置的结构图。

图2是夹持卡具移动端的结构图。

图3是插栓的结构图。

图4是刚性框架和滑轨、滑块的结构图。

图中：1、刚性框架，2、夹持卡具固定端，3、夹持卡具移动端，4、上压板，5、内部夹持板，6、下压板，7、压紧螺栓，8、固定螺栓，9、连接板，10、滑块，11、滑轨，12、传动杆，12a、传动杆孔，13、力传感器，14、弹簧，15、螺块，16、插栓圆柱，17、插栓固定螺栓，18、受拉纱线预留口，19、织物试件，20、插栓连接块，21、插栓孔。

具体实施方式

结合本发明技术方案阐明具体实施方式如下：

图1-4示出了柔性织物纱线拔出实验装置，它包括刚性框架1、夹持卡具固定端2、夹持卡具移动端3和预紧力施加机构；夹持卡具固定端2设置在刚性框架1的一端，夹持卡具移动端3设置在刚性框架1的滑轨4上；夹持卡具固定端2包括由固定螺栓8固定的上压板4、内部夹持板5和下压板6，上压板4还设置有压紧螺栓7；压紧螺栓7穿过压紧螺栓孔作用在内部夹持板5上，增大内部夹持板5与下压板6之间的压紧力，防止织物试件19划出；内部夹持板5和下压板6上还设有摩擦副，以增大与织物试件19的摩擦力。

夹持卡具移动端3包括固定在滑块10上的夹持区和连接板9，夹持区包括自上而下设置的上压板4、内部夹持板5和下压板6，滑块10带动夹持卡具移动端3沿滑轨11滑动；上压板4还设置有压紧螺栓7；压紧螺栓7穿过压紧螺栓孔作用在内部夹持板5上，增大内部夹持板5与下压板6之间的压紧力，防止织物试件19滑出；内部夹持板5和下压板6上还设有摩擦副，以增大与织物试件19的摩擦力。预紧力施加机构采用传动杆12穿过刚性框架1连接至连接板9上，传动杆12的刚性框架1依次设置力传感器13、弹簧14和螺块15，传动杆12上设置螺纹，螺块15与传动杆12螺纹连接；刚性框架1上还通过插栓固定螺栓17固定有插栓，插栓对侧的刚性框架1上设置有受拉纱线预留口18。

采用上述技术方案工作时，过程如下：

1）在织物试件上做标记点。将特定尺寸的柔性织物试件分成左右两个区域，在右侧区域横向每隔5mm使用记号笔做一个标记点，纵向每隔5mm也同样做一个标记点，正常尺寸的织物试件一般横向标记8-10个标记点；纵向标记10-15个标记点，这就形成了一个行数在10-15之间，列数在8-10之间的标记点矩阵，利用这些标记点可以使用数字图像相关光学测量方法进行纤维织物面内位移测量，从而综合评价防弹织物纤维拔出过程中力学响应。

2）将柔性织物试件使用夹持卡具夹紧。柔性织物的一侧放置在夹持卡具的固定端中，另一侧放置在夹持卡具的移动端中，并使用螺栓夹紧。夹持装置的织物夹持面固定摩擦副，可以保证被夹持的柔性织物在实验过程中不出现滑脱。

3）对柔性织物试件施加预紧力。夹持卡具移动端和滑块一起安装在外部框架的滑轨上，并且可沿滑轨方向自由滑动。通过预紧力施加机构对柔性织物试件加载面内预紧力，其原理是通过旋转螺块压缩弹簧为织物提供拉力。力传感器用来测量预紧力大小，并在实验过程中实时记录预紧力的变化情况。

4）将装置固定在试验机上并夹持纱线预留端。防弹织物试件夹持好以后，使用装置下部的圆柱插栓将整个装置固定在试验机上。将试件的纱线预留端穿过刚性框架上部的纱线预留口并由试验机加载夹具夹紧，当升高试验机加载端达到纱线自然拉直且不存在预紧力的状态时，纱线预留端夹持完毕。

进行柔性织物的纱线拔出实验。织物夹持完成后进行防弹织物纤维拔出实验，在实验的同时，对织物试件进行数字图像相关光学测量记录标记点的面内位移，采集频率为5p/s，同时试验机加载端的传感器记录纱线拔出过程中的位移载荷，传动杆上的力传感器用于记录纱线拔出过程中面内预紧力的变化情况，从而综合评价纱线拔出过程中的力学响应。

Claims (3)

1.柔性织物纱线拔出实验装置，它包括刚性框架（1）和夹持卡具固定端（2），其特征在于：该装置还包括预紧力施加机构和夹持卡具移动端（3）；所述夹持卡具固定端（2）设置在刚性框架（1）的一端，夹持卡具移动端（3）设置在刚性框架（1）的滑轨（4）上；所述夹持卡具固定端（2）包括上压板（4）、内部夹持板（5）和下压板（6），上压板（4）还设置有压紧螺栓（7）；所述夹持卡具移动端（3）包括固定在滑块（10）上的夹持区和连接板（9），夹持区包括自上而下设置的上压板（4）、内部夹持板（5）和下压板（6），滑块（10）带动夹持卡具移动端（3）沿滑轨（11）滑动；所述预紧力施加机构采用传动杆（12）穿过刚性框架（1）连接至连接板（9）上，传动杆（12）的刚性框架（1）外侧设置力传感器（13）和螺块（15），力传感器（13）和螺块（15）之间设置弹簧（14）；传动杆（12）上设置螺纹，螺块（15）与传动杆（12）进行螺纹传动；所述刚性框架（1）上还通过插栓固定螺栓（17）固定有插栓，在插栓对侧的刚性框架（1）上设有受拉纱线预留口（18）。

2.根据权利要求1所述的柔性织物纱线拔出实验装置，其特征在于：内部夹持板（5）和下压板（6）上设置有用于增加摩擦力的摩擦副。

3.根据权利要求1所述的柔性织物纱线拔出实验装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在织物试件上做标记点：将特定尺寸的柔性织物试件分成左右两个区域，在右侧区域横向每隔5mm使用记号笔做一个标记点，纵向每隔5mm也同样做一个标记点，正常尺寸的织物试件一般横向标记8-10个标记点；纵向标记10-15个标记点，这就形成了一个行数在10-15之间，列数在8-10之间的标记点矩阵，利用标记点可以使用数字图像相关光学测量方法进行纤维织物面内位移测量；

2）将柔性织物试件使用夹持卡具夹紧：柔性织物试件的一侧放置在夹持卡具固定端中，另一侧放置在夹持卡具移动端中，并使用压紧螺栓夹紧；

3）对柔性织物试件施加预紧力：夹持卡具移动端和滑块一起安装在刚性框架的滑轨上，并且可沿滑轨方向自由滑动；通过预紧力施加机构对柔性织物试件加载面内预紧力，通过旋转螺块压缩弹簧为织物提供拉力；力传感器用来测量预紧力大小，并在实验过程中实时记录预紧力的变化情况；

4）将装置固定在试验机上并夹持纱线预留端：柔性织物试件夹持好，使用装置下部的插栓将整个装置固定在试验机上；将织物试件的纱线预留端穿过刚性框架上部的受拉纱线预留口并由试验机加载夹具夹紧，当升高试验机加载端达到纱线自然拉直且不存在预紧力的状态时，纱线预留端夹持完毕；

5）进行柔性织物的纱线拔出实验：织物夹持完成后进行防弹织物纤维拔出实验，在实验的同时，对织物试件进行数字图像相关光学测量记录标记点的面内位移，采集频率为5p/s；同时记录传动杆上的力传感器在纱线拔出过程中面内预紧力的变化情况。