CN109596417A - 一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法，测试夹具包括主体模具、内陷式材料浇筑区、预制裂缝模块、预制裂缝针尖、底盘，微观尺度下拉伸试验准备流程包括模具烘干加热、粘弹性材料高温融化浇注、预制裂缝设定贯入、微观拉伸试件预处理、组合件脱模、SEM—serve设备下测试与观测。基于所制模具及测试方法，可基于SEM—serve设备完成微尺度下具有粘弹特征材料的拉伸力学测试，获取力学指标。

Description

一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法
技术领域
本发明涉及一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法，属于道路工程技术领域。
背景技术
在道路工程中，众多路用材料具有粘弹特性，如基质沥青、胶浆、各改性沥青、树脂类添加剂等，目前对于固体类结构的I型裂纹拉伸试验是可以实现的，但是对于具有粘弹特征的材料，如何测定其在拉伸状态下的断裂行为仍无进展。这是由于粘弹性材料成型结构极为困难，在温度的影响下，其物性差别极大，在大部分温度区间范围内，粘弹性材料成型的结构并不稳定，极易出现大变形、离析等现象，这对于粘弹性材料成型的结构测试具有重要挑战，其次粘弹性材料由于具有明显的粘性特征，一般偏软，无法直接用现有的力学试验测试夹具直接夹持，使得众多力学测试设备无法运用到粘弹性材料内。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是提出一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法，解决现有技术中存在的无法精确测量黏弹本构参数等技术问题，提供了一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法。
技术方案：一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具，所述微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具由主体模具、内陷式材料浇筑区、预制裂缝模块、预制裂缝针尖、底盘及底盘卡槽组成，所述底盘上设有一组底盘卡槽，主体模具上设有与底盘卡槽搭配使用的缺口，主体模具通过底盘卡槽安装固定于底盘上，主体模具顶面中间部位通过机械线切割方式形成镂空的内陷式材料浇筑区，主体模具（1）侧面中间部位设有预制裂缝模块，预制裂缝模块内部安装有预制裂缝针尖。
作为本发明的一种优选技术方案：一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的试验方法，包括以下步骤：
第一步：微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具烘干加热；
第二步：粘弹性材料融化浇注；
第三步：预制裂缝设定贯入；
第四步：微观拉伸试件预处理；
第五步：组合件脱模；
第六步：SEM—serve设备下测试与观测。
作为本发明的一种优选技术方案：所述主体模具尺寸为长69.8mm，宽19.6mm，高10mm，内陷式材料浇注区边缘距主体模具边缘24.9mm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述内陷式材料浇筑区为哑铃型结构，通过线切割方式在主体模具内成型，完全贯穿整个主体模具，哑铃型长度尺寸限定为16-22mm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述主体模具之上设有可拆卸的预制裂缝模块，预制裂缝模块长度10mm、宽度1mm，预制裂缝模块前端设置夹口，夹口内夹持有预制裂缝针尖，预制裂缝模块上表面设有标尺，预制裂缝模块通过推拉的方式牵引预制裂缝针尖贯入内陷式材料浇筑区内，所述预制裂纹针尖尺寸为长10mm、宽2mm、高1mm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述底盘上设有与主体模具搭配使用的底盘卡槽，底盘尺寸为长75mm、宽19.6mm、高10mm，通过底盘卡槽与主体模具拼装在一起，底盘采用NAK80模具钢。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中加热融化粘弹性材料，使粘弹性材料呈流动状且无固体弹性特征，第一步中烘干加热微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的加热温度高出粘弹性材料加热温度≥10℃，最后将加热成粘性液体状的粘弹性材料均匀浇注在已加热处理的内陷式材料浇注区内，浇筑时间≤1min。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步和第四步中，浇筑完粘弹性材料后，推拉预制裂缝模块，使预制裂缝针尖贯入内陷式材料浇筑区内，贯入深度为1-2mm，在预制裂缝模块贯入之前，需用润滑剂润滑预制裂缝针尖以及底盘，所述润滑剂由滑石粉和甘油按质量份数配比2:1调成的，待整体试件和微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具冷却至室温后继续放置12h，然后进行干燥，并在真空环境下进行表面喷金处理。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第五步和第六步中，首先将预制裂缝模块拉出，速度应低于1mm/min，然后拆卸底盘，主体模具由粘弹性材料相粘结；将主体模具平稳放置于SEM—serve下的两端契型夹具上，固定并进行力学测试牵引，测试模式分为单次直接拉伸与周期性疲劳拉压，分别测试材料I型预制裂纹受拉状态下极限破坏荷载与疲劳断裂损伤量以及I型裂纹扩展微形态。
有益效果：本申请所述一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具及试验方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、基于SEM—serve设备开发的粘弹性材料拉伸试验测试夹具以及试验方法，完成不同粘弹性材料I型裂纹拉伸测试与观测。
2、通过模具的组合设计，满足试件预处理阶段、正式加载阶段的的不同需要。
3、同时试件尺寸精确限定，测试区域级别极小，能够较为准确的测定粘弹性材料的I性裂纹拉伸断裂参数，具有重要的实用价值。
附图说明：
图1为本申请所述微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的俯视图。
图2为本申请所述微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的结构示意图。
图3为本申请所述微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具试验方法的操作流程图。
附图标记说明：1、主体模具；2、内陷式材料浇筑区；3、预制裂缝模块；4、预制裂缝针尖；5、底盘卡槽；6、底盘。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
实施例1
如图1和图2所示，微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具由主体模具1、内陷式材料浇筑区2、预制裂缝模块3、预制裂缝针尖4、底盘6及底盘卡槽5组成，主体模具（1）尺寸为长69.8mm，宽19.6mm，高10mm。所述底盘6上设有一组底盘卡槽5，主体模具1上设有与底盘卡槽5搭配使用的缺口，主体模具1通过底盘卡槽5安装固定于底盘6上，主体模具1顶面中间部位通过机械线切割方式形成镂空的内陷式材料浇筑区2，两侧非内陷式材料浇注区用于SEM—serve设备的契型夹具夹持，以保证主体模具与契型夹具具有足够接触面从而受拉力牵引，内陷式材料浇注区2边缘距主体模具1边缘24.9mm。
内陷式材料浇筑区2为哑铃型结构，通过线切割方式在主体模具内成型，完全贯穿整个主体模具厚度。设置哑铃型结构以便于有效降低粘弹性材料受拉过程中因为局部剪切力过大而产生的非预制裂纹处的断裂，哑铃型长度尺寸限定为16-22mm，在此范围内根据不同粘弹性材料的延展性差异分别选择确定。
主体模具1侧面中间部位设置可装配、拆卸的预制裂缝模块3，预制裂缝模块3长度10mm、宽度1mm，预制裂缝模块3前端设置夹口，夹口内夹持有预制裂缝针尖4，预制裂缝模块3上表面设有标尺，预制裂缝模块3通过推拉的方式牵引预制裂缝针尖4贯入内陷式材料浇筑区内，模块推拉的同时针尖贯入深度可由标尺读数确定，预制裂纹针尖4尺寸为长10mm、宽2mm、高1mm。
底盘6用于承托整个上部磨具，所述底盘6上设有与主体模具1搭配使用的底盘卡槽5，底盘6尺寸为长75mm、宽19.6mm、高10mm，通过底盘卡槽5与主体模具1拼装在一起。所制测试夹具所有模块均可组装、拆卸，以适用于微观尺度下粘弹性材料拉伸试验的不同过程需要，同时采用NAK80模具钢，以保证夹具耐高温、耐腐蚀。
由图3所示，微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的试验方法，包括如下步骤：
第一步：微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具烘干加热；
第二步：粘弹性材料融化浇注；
第三步：预制裂缝设定贯入；
第四步：微观拉伸试件预处理；
第五步：组合件脱模；
第六步：SEM—serve设备下测试与观测。
所述第一步和第二步中，根据不同粘弹性材料的物理特性决定模具加热、材料浇筑温度，首先高温加热粘弹性材料，所确定的加热温度及加热时间应保证使测试材料具有明显粘性液体特性呈流动状而基本无固体弹性特征，同时尽量降低高温下材料的老化现象；其次加热组合件模具，加热温度应比材料加热温度高至少10℃，最后将加热成粘性液体状的材料均匀浇注在已加热处理的内陷式材料浇注区内，浇筑时间应控制在1min以内以保证材料迅速填充而不受冷凝固。
所述第三步和第四步中，浇筑完粘弹性材料后，立刻推拉预制裂缝模块3，使预制裂缝针尖4贯入浇筑材料区2内，贯入深度依据试验需要控制在1-2mm范围内，在预制裂缝模块3贯入之前，需用润滑剂润滑预制裂缝针尖4以及底盘6，所述润滑剂由滑石粉和甘油按质量份数配比2:1调成的，待整体试件和微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具冷却至室温后继续放置12h，然后进行干燥，并在真空环境下进行表面喷金处理。
所述第五步和第六步中，首先将预制裂缝模块3缓慢拉出，速度应低于1mm/min，保证预制裂缝处粘弹性材料未随针尖出现损伤，然后拆卸底盘6，仅仅预留两侧受拉的主体模具与内陷式材料浇筑区2内的材料，此时两侧主体模具1完全由粘弹性材料相粘结；将两侧主体模具1平稳放置于SEM—serve下的两端契型夹具上，固定并进行力学测试牵引，测试模式分为单次直接拉伸与周期性疲劳拉压，分别测试材料I型预制裂纹受拉状态下极限破坏荷载与疲劳断裂损伤量以及I型裂纹扩展微形态。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具，其特征在于：所述微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具由主体模具（1）、内陷式材料浇筑区（2）、预制裂缝模块（3）、预制裂缝针尖（4）、底盘（6）及底盘卡槽（5）组成，所述底盘（6）上设有一组底盘卡槽（5），主体模具（1）上设有与底盘卡槽（5）搭配使用的缺口，主体模具（1）通过底盘卡槽（5）安装固定于底盘（6）上，主体模具（1）顶面中间部位通过机械线切割方式形成镂空的内陷式材料浇筑区（2），主体模具（1）侧面中间部位设有预制裂缝模块（3），预制裂缝模块（3）内部安装有预制裂缝针尖（4）。
2.一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具烘干加热；
第二步：粘弹性材料融化浇注；
第三步：预制裂缝设定贯入；
第四步：微观拉伸试件预处理；
第五步：组合件脱模；
第六步：SEM—serve设备下测试与观测。
3.根据权利要求1所述的一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具，其特征在于：所述主体模具（1）尺寸为长69.8mm，宽19.6mm，高10mm，内陷式材料浇注区（2）边缘距主体模具（1）边缘24.9mm。
4.根据权利要求1所述的一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具，其特征在于：所述内陷式材料浇筑区（2）为哑铃型结构，通过线切割方式在主体模具内成型，完全贯穿整个主体模具，哑铃型长度尺寸限定为16-22mm。
5.根据权利要求1所述的一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具，其特征在于：所述主体模具（1）之上设有可拆卸的预制裂缝模块（3），预制裂缝模块（3）长度10mm、宽度1mm，预制裂缝模块（3）前端设置夹口，夹口内夹持有预制裂缝针尖（4），预制裂缝模块（3）上表面设有标尺，预制裂缝模块（3）通过推拉的方式牵引预制裂缝针尖（4）贯入内陷式材料浇筑区内，所述预制裂纹针尖（4）尺寸为长10mm、宽2mm、高1mm。
6.根据权利要求1所述的一种微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具，其特征在于：所述底盘（6）上设有与主体模具（1）搭配使用的底盘卡槽（5），底盘（6）尺寸为长75mm、宽19.6mm、高10mm，通过底盘卡槽（5）与主体模具（1）拼装在一起，底盘（6）采用NAK80模具钢。
7.根据权利要求2所述的微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的试验方法，其特征在于：所述第二步中加热融化粘弹性材料，使粘弹性材料呈流动状且无固体弹性特征，第一步中烘干加热微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的加热温度高出粘弹性材料加热温度≥10℃，最后将加热成粘性液体状的粘弹性材料均匀浇注在已加热处理的内陷式材料浇注区（2）内，浇筑时间≤1min。
8.根据权利要求2所述的微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的试验方法，其特征在于：所述第三步和第四步中，浇筑完粘弹性材料后，推拉预制裂缝模块（3），使预制裂缝针尖（4）贯入内陷式材料浇筑区（2）内，贯入深度为1-2mm，在预制裂缝模块（3）贯入之前，需用润滑剂润滑预制裂缝针尖（4）以及底盘（6），所述润滑剂由滑石粉和甘油按质量份数配比2:1调成的，待整体试件和微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具冷却至室温后继续放置12h，然后进行干燥，并在真空环境下进行表面喷金处理。
9.根据权利要求2所述的微观尺度下粘弹性材料拉伸试验测试夹具的试验方法，其特征在于：所述第五步和第六步中，首先将预制裂缝模块（3）拉出，速度应低于1mm/min，，然后拆卸底盘（6），主体模具（1）由粘弹性材料相粘结；将主体模具（1）平稳放置于SEM—serve下的两端契型夹具上，固定并进行力学测试牵引，测试模式分为单次直接拉伸与周期性疲劳拉压，分别测试材料I型预制裂纹受拉状态下极限破坏荷载与疲劳断裂损伤量以及I型裂纹扩展微形态。
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