CN110849738A - 一种纤维增强复合材料缠绕芯轴、缠绕工装和拉伸工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维增强复合材料缠绕芯轴、缠绕工装和拉伸工装,所述芯轴由上下两个半圆柱拼装而成,所述芯轴轴向方向的两个端面上开设有多个用于与装夹法兰连接的螺纹孔,每个端面的多个螺纹孔均布在以所述端面的中心为圆心的圆周曲线上;所述芯轴上开设有两个用于与拉伸构件连接的轴向通孔,两个轴向通孔分设于两个半圆柱上,两个轴向通孔关于所述芯轴的中心轴线对称布置。当芯轴与装夹法兰组合时即为纤维缠绕工装,可实现在缠绕机上的纤维缠绕。当拉伸接头、芯轴、传感器组件、加热环组合时即为拉伸测试工装,可实现纤维缠绕固化后的复合材料抗拉强度、弹性模量的直接测定及大张力缠绕可靠性的检测。
Description
技术领域
本发明涉及力学性能检测工装技术领域,尤其涉及一种纤维增强复合材料缠绕芯轴、缠绕工装和拉伸工装。
背景技术
纤维缠绕主要是将浸胶的纤维丝束按规律缠绕到芯模或工件表面,在常温或加热条件下固化成型,形成特定形状复合材料制品的工艺方法,在一些特定应用场合(如纤维转子保护套),对制品的抗拉强度及弹性模量有极高要求,如按GB/T 1458-2008中所示的试样制备及测试方法,因缠绕过程的大张力作用,在脱模阶段容易对环形试样造成破坏,进而影响测量结果,且环形试样在拉力盘上的加载方式与实际工况亦有所区别,因此传统的NOL环检测方式并不适用大张力纤维缠绕制品的力学性能检测需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种满足大张力纤维缠绕制品力学性能检测的缠绕芯轴、缠绕工装和拉伸工装。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种纤维增强复合材料缠绕芯轴,所述芯轴由上下两个半圆柱拼装而成,所述芯轴轴向方向的两个端面上开设有多个用于与装夹法兰连接的螺纹孔,每个端面的多个螺纹孔均布在以所述端面的中心为圆心的圆周曲线上;所述芯轴上开设有两个用于与拉伸构件连接的轴向通孔,两个轴向通孔分设于两个半圆柱上,两个轴向通孔关于所述芯轴的中心轴线对称布置。
当芯轴与装夹法兰组合时即为纤维缠绕工装,可实现在缠绕机上的纤维缠绕。当拉伸接头、芯轴、传感器组件、加热环组合时即为拉伸测试工装,可实现纤维缠绕固化后的复合材料抗拉强度、弹性模量的直接测定及大张力缠绕可靠性的检测。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述半圆柱的拼装面上开设有两个销轴孔,两个销轴孔关于芯轴的径向面对称布置,所述径向面经过两个轴向通孔的中心轴线,两个半圆柱通过设于所述销轴孔中的第一销轴连接。
芯轴为分半式结构,其拼合面上下有两组用于安装定位的销轴孔,可保证纤维缠绕时芯轴整体的圆柱性,也可在拉伸测试时起导向作用,保证拼合面两侧作用力一致性。芯轴两端面布置有螺纹孔,用于纤维缠绕时与装夹法兰固定;芯轴上下两半对称布置有一组圆孔用于拉伸测试时穿销轴。
作为一个总的发明构思,本发明还提供一种纤维增强复合材料缠绕工装,包括上述的芯轴和两个装夹法兰,两个装夹法兰分别套装于芯轴轴向方向的两端并与芯轴螺纹连接。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述装夹法兰朝向芯轴的一端开设有供芯轴套入的定位止口,所述定位止口的底端面上开设有多个用于与芯轴连接的螺钉通孔,所述螺钉通孔与螺纹孔一一对应。可与芯轴安装固定,控制芯轴在纤维缠绕时的轴向长度。
所述装夹法兰背向芯轴的一端设有与缠绕设备固定的轴颈。便于纤维缠绕时与缠绕机的定位和装夹。
所述轴颈上开设有便于芯轴顶出的顶出螺纹孔。便于缠绕完成后芯轴部分的顶出。
作为一个总的发明构思,本发明还提供一种纤维增强复合材料拉伸工装,包括上述的芯轴、加热环和两个拉伸构件;所述纤维增强复合材料缠绕于所述芯轴的外圆周上形成待测环,所述加热环套设于待测环上,两个拉伸构件分别与两个半圆柱相连,两个拉伸构件分别用于与拉伸试验机的上/下夹头相连。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述拉伸构件包括拉伸轴头和U型连接板,所述拉伸轴头用于与拉伸试验机的上/夹头相连,两个拉伸构件的U型连接板的开口相对设置,所述拉伸轴头与U型连接板的底板相连,所述U型连接板套设于芯轴上,所述U型连接板的两臂板通过第二销轴与芯轴连接。
还包括传感器组件,所述传感器组件包括探头和两个辅助支架,两个辅助支架分别安装于两个半圆柱上,所述探头安装于其中一个辅助支架上,另一辅助支架提供测量点。其中探头为距离传感器,分辨率可达0.001mm。
加热环为分半式结构,内置温度传感器,加热温度可调,便于模拟纤维增强复合材料在实际使用工况中的温度情况。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明的缠绕工装易于脱模,不会对环形试样造成破坏,且拉伸工装上的环形试样在拉力盘上的加载方式与实际工况相同,满足大张力缠绕的纤维增强复合材料缠绕制品的力学性能检测需求。
附图说明
图1为本发明纤维增强复合材料缠绕芯轴的主视结构示意图。
图2为本发明纤维增强复合材料缠绕芯轴的立体结构示意图。
图3为本发明纤维增强复合材料缠绕工装的剖视结构示意图。
图4为本发明纤维增强复合材料缠绕工装的立体结构示意图。
图5为本发明纤维增强复合材料拉伸工装的立体结构示意图。
图例说明:1、芯轴;11、半圆柱;12、螺纹孔;13、轴向通孔;14、销轴孔;15、第一销轴;2、装夹法兰;21、定位止口;22、螺钉通孔;23、轴颈;24、顶出螺纹孔;3、拉伸构件;31、拉伸轴头;32、U型连接板;4、加热环;5、待测环;6、第二销轴;7、传感器组件;71、探头;72、辅助支架。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1:
如图1和2所示,本实施例的纤维增强复合材料缠绕芯轴,芯轴1由两个半圆柱11拼装而成,芯轴1轴向方向的两个端面上开设有多个用于与装夹法兰连接的螺纹孔12,每个端面的多个螺纹孔12均布在以端面的中心为圆心的圆周曲线上;芯轴1上开设有两个用于与拉伸构件3连接的轴向通孔13,两个轴向通孔13分设于两个半圆柱11上,两个轴向通孔13关于芯轴1的中心轴线对称布置。半圆柱11的拼装面上开设有两个销轴孔14,两个销轴孔14关于芯轴1的径向面对称布置,径向面经过两个轴向通孔13的中心轴线,两个半圆柱11通过设于销轴孔14中的第一销轴15连接。
如图3和4所示,本实施例的纤维增强复合材料缠绕工装,包括上述的芯轴1和两个装夹法兰2,装夹法兰2朝向芯轴1的一端开设有供芯轴1套入的定位止口21,定位止口21的底端面上开设有多个用于与芯轴1连接的螺钉通孔22,螺钉通孔22与螺纹孔12一一对应。两个装夹法兰2分别通过定位止口21套装于芯轴1轴向方向的两端并与芯轴1螺纹连接。
本实施例中,装夹法兰2背向芯轴1的一端设有与缠绕设备固定的轴颈23,轴颈23上开设有便于芯轴1顶出的顶出螺纹孔24。
如图5所示,本实施例的纤维增强复合材料拉伸工装,包括上述的芯轴1、加热环4、传感器组件7和两个拉伸构件3;纤维增强复合材料缠绕于芯轴1的外圆周上形成待测环5,加热环4套设于待测环5上,拉伸构件3包括拉伸轴头31和U型连接板32,拉伸轴头31用于与拉伸试验机的上/夹头相连,两个拉伸构件3的U型连接板32的开口相对设置,拉伸轴头31与U型连接板32的底板相连,U型连接板32套设于芯轴1上,U型连接板32的两臂板通过第二销轴6与芯轴1连接。
传感器组件7包括探头71和两个辅助支架72,两个辅助支架72分别安装于两个半圆柱11上,探头71安装于其中一个辅助支架72上,另一辅助支架72提供测量点。
纤维缠绕步骤如下:首先将芯轴1用酒精擦拭干净,并在拼合面上下刷脱模剂;然后将两装夹法兰2分别与芯轴1两端装配,并用螺钉紧固,组成如图3所示的缠绕工装,记录芯轴1轴向长度L及芯轴直径d;接着将缠绕工装装夹在缠绕机上进行纤维缠绕。
缠绕完成后,拧出螺钉,并利用装夹法兰2上的顶出螺纹孔24及螺钉将缠绕了纤维的芯轴1顶出,在常温或加热条件下将复合材料在芯轴1上固化,记录纤维增强复合材料的外径D。
纤维增强复合材料的拉伸试验步骤如下:首先将芯轴1、拉伸构件3、传感器组件、加热环4组装成如图3所示的拉伸测试状态;接着将上下拉伸构件3分别装夹在万能材料试验机上,并调试好传感器探头71的位置、设定好加热环4的温度上限;待温度达到设定温度后,运行万能材料试验机,以2mm/min~3mm/min的加载速度均匀、连续地对纤维增强复合材料施加载荷,并记录相关数据;最后可根据测量数据和如下公式计算出纤维增强复合材料的拉伸强度与弹性模量:
式中:
σt——纤维增强复合材料拉伸强度,单位为兆帕(MPa);
pb——破坏载荷,单位为牛顿(N);
L——复合材料宽度(mm);
D——复合材料外径(mm);
d——芯轴直径(mm)
E——弹性模量(MPa);
Δp——载荷应变曲线上初始直线段的载荷增量,单位为牛顿(N);
Δε——为对应于载荷增量Δp的应变增量。
特殊的,大张力缠绕的纤维增强复合材料主要用于保护套,其失效形式为在某一张力和温度条件下产生了应变,鉴于本发明中高精度的距离传感器及无损的检测方式,因此本发明同样适用于大张力缠绕的纤维增强复合材料的失效检测。
以上所述,仅是本申请的较佳实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种纤维增强复合材料缠绕芯轴,其特征在于,所述芯轴(1)由上下两个半圆柱(11)拼装而成,所述芯轴(1)轴向方向的两个端面上开设有多个用于与装夹法兰连接的螺纹孔(12),每个端面的多个螺纹孔(12)均布在以所述端面的中心为圆心的圆周曲线上;所述芯轴(1)上开设有两个用于与拉伸构件(3)连接的轴向通孔(13),两个轴向通孔(13)分设于两个半圆柱(11)上,两个轴向通孔(13)关于所述芯轴(1)的中心轴线对称布置。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料缠绕芯轴,其特征在于,所述半圆柱(11)的拼装面上开设有两个销轴孔(14),两个销轴孔(14)关于芯轴(1)的径向面对称布置,所述径向面经过两个轴向通孔(13)的中心轴线,两个半圆柱(11)通过设于所述销轴孔(14)中的第一销轴(15)连接。
3.一种纤维增强复合材料缠绕工装,其特征在于,包括如权利要求1所述的芯轴(1)和两个装夹法兰(2),两个装夹法兰(2)分别套装于芯轴(1)轴向方向的两端并与芯轴(1)螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的纤维增强复合材料缠绕工装,其特征在于,所述装夹法兰(2)朝向芯轴(1)的一端开设有供芯轴(1)套入的定位止口(21),所述定位止口(21)的底端面上开设有多个用于与芯轴(1)连接的螺钉通孔(22),所述螺钉通孔(22)与螺纹孔(12)一一对应。
5.根据权利要求3所述的纤维增强复合材料缠绕工装,其特征在于,所述装夹法兰(2)背向芯轴(1)的一端设有与缠绕设备固定的轴颈(23)。
6.根据权利要求5所述的纤维增强复合材料缠绕工装,其特征在于,所述轴颈(23)上开设有便于芯轴(1)顶出的顶出螺纹孔(24)。
7.一种纤维增强复合材料拉伸工装,其特征在于,包括如权利要求1所述的芯轴(1)、加热环(4)和两个拉伸构件(3);所述纤维增强复合材料缠绕于所述芯轴(1)的外圆周上形成待测环(5),所述加热环(4)套设于待测环(5)上,两个拉伸构件(3)分别与两个半圆柱(11)相连,两个拉伸构件(3)分别用于与拉伸试验机的上/下夹头相连。
8.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料拉伸工装,其特征在于,所述拉伸构件(3)包括拉伸轴头(31)和U型连接板(32),所述拉伸轴头(31)用于与拉伸试验机的上/夹头相连,两个拉伸构件(3)的U型连接板(32)的开口相对设置,所述拉伸轴头(31)与U型连接板(32)的底板相连,所述U型连接板(32)套设于芯轴(1)上,所述U型连接板(32)的两臂板通过第二销轴(6)与芯轴(1)连接。
9.根据权利要求7或8所述的纤维增强复合材料拉伸工装,其特征在于,还包括距离传感器组件(7),所述传感器组件(7)包括探头(71)和两个辅助支架(72),两个辅助支架(72)分别安装于两个半圆柱(11)上,所述探头(71)安装于其中一个辅助支架(72)上,另一辅助支架(72)提供测量点。
10.根据权利要求7或8所述的纤维增强复合材料拉伸工装,其特征在于,所述加热环(4)为分半式结构,所述加热环(4)中内置有温度传感器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.9 Chayuan Road, high tech Zone, Xiangtan City, Hunan Province Applicant after: Hunan Chongde Technology Co., Ltd Address before: 411102 twin Horse Industrial Park, hi tech Zone, Hunan, Xiangtan Applicant before: HUNAN SUND INDUSTRIAL AND TECHNOLOGICAL Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information |