CN111272540A - 一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法，试样夹持组件包括上压缩块、下压缩块、两块楔形夹块；上压缩块上带有环形卡圈和楔形槽，楔形槽位于环形卡圈的中部；下压缩块上设有环形导槽和楔形槽，楔形槽位于环形导槽的中部；环形卡圈与环形导槽相适配；其中一块楔形夹块与上压缩块的楔形槽相匹配，另外一块楔形夹块与下压缩块的楔形槽相匹配；所述楔形夹块由卡块I和卡块II卡接而成以实现试样的快速固定或取出。采用此试样夹持组件能够保证试样的对中和紧固，提高试样破坏在工作段的成功率，提高试验效率，且其使用方法操作简单。

Description

一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法
技术领域
本发明涉及复合材料力学性能测试技术领域，尤其是涉及一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法。
背景技术
复合材料层板压缩试验用于评价复合材料作为结构件时承受压缩载荷的性能，根据服役工况的不同，可在室温或低温下开展相应试验。目前，国内进行复合材料层板压缩试验主要是按照GB/T 3856-2005《单向纤维增强塑料平板压缩试验方法》和ASTM D3410/D3410M-03《Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix CompositeMaterials with Unsupported Gage Section by Shear Loading》这两个标准执行。两个标准中推荐使用的试样夹持装置，均是加紧试样两端的加强片区域，在试验中通过夹持装置与试样加强片区域的摩擦力形成的剪切载荷，传递到试样工作段形成压缩应力，最终使试样破坏。两个标准中均要求，试样必须破坏在工作段，破坏在其他区域为无效结果。GB/T3856-2005的夹持装置上下两端为楔形夹块，中间用两个导杆连接，为了减少导杆与两端夹具间摩擦力对试验结果的影响，导杆与两端楔形夹块的导孔间需间隙配合，但间隙的存在会导致装夹时试样上下两端的对中性变差，试验时对试样产生非轴向扭矩，易引起局部应力集中而导致试样破坏在加强片区域，最终导致试验失败。ASTM D3410所推荐的夹持装置，使用螺栓紧固试样的上下加强片区域，用两个导杆连接上下两部分。螺栓紧固导致装夹繁琐，试验时同样存在对中性差导致试样在无效区域破坏的问题。此外，在进行低温试验时由于热胀冷缩以及水汽凝结易造成螺栓提供的夹紧力不足而打滑。目前普遍使用的夹持装置，为达到试验标准中要求的5个有效数据，需反复进行多次试验，成功率仅有50％左右，造成时间、能源和试验材料的浪费。
同时，复合材料层板压缩试验试样的夹持装置需要具备两方面的特性：一方面需要保证试样夹持端紧密固定，有足够的夹持力防止装置上下打滑对试验结果的影响，又不能额外引入较大的摩擦力干扰试验结果；另一方面需要保证装夹后试样的中心线与受力方向一致，防止局部的应力集中导致试样破坏在无效区域。目前的夹持装置普遍不能很好的满足上述两个特性，且存在结构复杂、操作繁琐的问题，严重影响试验效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法，采用此试样夹持组件能够保证试样的对中和紧固，提高试样破坏在工作段的成功率，提高试验效率，且其使用方法操作简单。
一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，试样夹持组件包括能够在压缩试验机的作用下压缩试样的上压缩块和下压缩块、用于对试样的相应夹持段进行夹持固定的两块楔形夹块；
所述上压缩块上带有环形卡圈和楔形槽，楔形槽位于环形卡圈的中部；所述下压缩块上设有环形导槽和楔形槽，楔形槽位于环形导槽的中部；所述环形卡圈与环形导槽相适配；其中一块楔形夹块与上压缩块的楔形槽相匹配，另外一块楔形夹块与下压缩块的楔形槽相匹配；所述楔形夹块由卡块I和卡块II卡接而成以实现试样的快速固定或取出。
进一步地，所述楔形夹块上设有用于夹持固定试样的卡槽，所述卡槽的深度略小于试样端部加强片的长度，所述卡槽的侧壁上设有防止试样滑动的锯齿状的防滑齿。
进一步地，在上压缩块中，所述环形卡圈和楔形槽同心设置；在下压缩块中，所述环形导槽与楔形槽同心设置。
进一步地，卡块I上分别设有凹槽I和凸起I，卡块II上分别设有与凹槽I匹配的凸起II以及与凸起I匹配的凹槽II。
进一步地，所述环形卡圈的外径与环形导槽的最大直径相适配以防止上压缩块相对于下压缩块发生左右移动。
进一步地，所述环形卡圈的内径与环形导槽的最小直径相适配以防止上压缩块相对于下压缩块发生左右移动。
进一步地，上压缩块和下压缩块均呈圆柱形。
进一步地，所述环形卡圈上设有缺口以方便将压缩试验用变形测量装置与试样工作段相连接。
一种复合材料层板压缩试验的试样夹持组件的使用方法，包括如下步骤：
(1)、将试样的两端分别使用楔形夹块夹持固定，并保证试样的端部与楔形夹块相抵接；
(2)、将步骤(1)装配好的组件中的一块楔形夹块置于下压缩块的楔形槽内，然后将上压缩块的楔形槽对准另一块楔形夹块并向下移动，使上压缩块的环形卡圈插入下压缩块的环形导槽内；
(3)、按压上压缩块的上表面，消除各连接部位的间隙，然后将带试样的试样夹持组件置于试验机上，开始压缩试验；
(4)、待压缩试验结束后，将试样与试样夹持组件从试验机上取下，放置在操作台上，先分离上压缩块和下压缩块，然后取出两块楔形夹块，最后将两块楔形夹块的卡块I和卡块II分离取出试样即可。
进一步地，步骤(2)中，上压缩块的环形卡圈插入下压缩块的环形导槽内时，环形卡圈的缺口与试样的工作段相对应；
步骤(3)中，将带试样的试样夹持组件置于试验机上时，通过环形卡圈的缺口在试样的工作段安装变形测量装置，然后开始压缩试验。
有益效果：
如上所述，本发明的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法，具有以下有益效果：
1、本发明的试样夹持组件符合GB/T 3856-2005《单向纤维增强塑料平板压缩试验方法》和ASTM D3410/D3410M-03《Test Method for Compressive Properties of PolymerMatrix Composite Materials with Unsupported Gage Section by Shear Loading》的标准要求，结构简单，操作方便，对中、固定效果良好，试验结果准确可靠。
2、本发明中的试样夹持组件通过使用环形导槽与环形卡圈连接，相对于享有技术中使用两根导杆相连接的方式，极大的增加了定位处的接触面积，克服了由于导杆与导槽之间的间隙而导致装夹时试样对中性差的问题，且通过楔形夹块的侧向力-端部接触的联合作用，有效的阻止了试样夹持端的变形与打滑，极大地提高了试验的成功率。
3、本发明中楔形夹块的卡槽的侧壁上设有防滑齿，能够有效的阻止试样夹持端的滑动，保证试样被紧密固定。
4、本发明中的两块楔形夹块均是由卡块I和卡块II卡接而成的，方便试样的安装与拆卸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中试样夹持组件的示意图。
图2是图1中楔形夹块的示意图。
图3是图1中上压缩块的仰视图。
附图标记：1、上压缩块，11、缺口，2、楔形夹块，21、卡块I，211、凹槽I，212、凸起I，22、卡块II，221、凸起II，222、凹槽II，3、试样，4、下压缩块，5、楔形槽。
具体实施方式
本发明中术语“包含”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明所提供的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，如图1所示，该试样夹持组件包括能够在压缩试验机的作用下压缩试样的上压缩块1和下压缩块4、用于对试样3的相应夹持段进行夹持固定的两块楔形夹块2；所述的上压缩块1上带有环形卡圈和楔形槽5，楔形槽5位于环形卡圈的中部；所述的下压缩块4上设有环形导槽和楔形槽5，楔形槽5位于环形导槽的中部；所述环形卡圈与环形导槽相适配；其中一块楔形夹块2与上压缩块1的楔形槽5相匹配，另外一块楔形夹块2与下压缩块4的楔形槽5相匹配；所述楔形夹块2由卡块I 21和卡块II 22卡接而成以实现试样3的快速固定或取出。
需要说明的是，所述楔形夹块2上设有用于夹持固定试样3的卡槽，压缩试验用试样3的两端均设有防止压缩试验中试验失稳的加强片，其中卡槽的深度需略小于加强片的长度，即卡槽端部与试样3的端部直接接触。所述卡槽内设有防止试样3滑动的锯齿状的防滑齿，在使用过程中，一方面能依靠防滑齿阻止试样3夹持端的滑动，且随着试验机下压载荷的增大，通过楔形夹块2传递给试样3夹持端的侧向力也越来越大，夹持效果也就越好；另一方面，卡槽端部与试样3端部直接接触，能够进一步阻止试样3夹持端的非轴向变形与滑动。
需要说明的是，在上压缩块1中，所述环形卡圈和楔形槽5同心设置；在下压缩块4中，所述环形导槽与楔形槽5同心设置，即保证了该试样夹持组件在使用时两块楔形夹块的中心线一致。
详细地，卡块I 21上分别设有凹槽I 211和凸起I 212，卡块II 22上分别设有与凹槽I 211匹配的凸起II 221以及与凸起I 212匹配的凹槽II 222，方便试样3的安装与拆卸。
作为本发明的一个实施例，所述环形卡圈的外径与环形导槽的最大直径相适配以防止上压缩块1相对于下压缩块4发生左右移动。
作为本发明的另一个实施例，所述环形卡圈的内径与环形导槽的最小直径相适配以防止上压缩块1相对于下压缩块4发生左右移动。
详细地，上压缩块1和下压缩块4的形状不受限制，例如，上压缩块1和下压缩块4可以为圆柱形。
优选地，所述环形卡圈上设有缺口11以方便将压缩试验用变形测量装置与试样工作段相连接。
详细地，一种复合材料层板压缩试验的试样夹持组件的使用方法包括如下步骤：
(1)、将试样3的两端分别使用楔形夹块2夹持固定，并保证试样3的端部与楔形夹块2的侧壁相抵接；
(2)、将步骤(1)装配好的组件中的一块楔形夹块2置于下压缩块4的楔形槽5内，然后将上压缩块1的楔形槽5对准另一块楔形夹块2并向下移动，使上压缩块1的环形卡圈插入下压缩块4的环形导槽内，上压缩块1环形卡圈的缺口11与试样3的工作段相对应；
(3)、按压上压缩块1的上表面，消除各连接部位的间隙，然后将带试样3的试样夹持组件置于试验机上，通过环形卡圈的缺口11在试样的工作段安装变形测量装置，然后开始压缩试验；
(4)、待压缩试验结束后，将试样3与试样夹持组件从试验机上取下，放置在操作台上，先分离上压缩块1和下压缩块4，然后取出两块楔形夹块2，最后将两块楔形夹块2的卡块I21和卡块II 22分离取出试样即可。
以下为同一生产方法生产的、不同厚度规格的单向纤维复合平板，分别使用ASTMD3410/D3410M-03推荐的夹持组件和本发明的试样夹持组件进行压缩试验，结果统计如表1所示。
表1使用不同的试样夹持组件进行压缩试验时的成品样品统计
Figure BDA0002415973080000051
通过以上统计可知，利用本发明的试样夹持组件进行复合材料层板的压缩试验时，试验成功率大大提高，说明本发明的试样夹持组件的通用性与使用性均较好，在低温下也可以使用，可以进行推广。
以上对本发明所提供的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件及使用方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理和具体实施方式进行了阐述，上述实施例仅用来帮助理解本发明的方法和核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于，试样夹持组件包括能够在压缩试验机的作用下压缩试样的上压缩块和下压缩块、用于对试样的相应夹持段进行夹持固定的两块楔形夹块；
所述上压缩块上带有环形卡圈和楔形槽，楔形槽位于环形卡圈的中部；
所述下压缩块上设有环形导槽和楔形槽，楔形槽位于环形导槽的中部；
所述环形卡圈与环形导槽相适配；
其中一块楔形夹块与上压缩块的楔形槽相匹配，另外一块楔形夹块与下压缩块的楔形槽相匹配；
所述楔形夹块由卡块I和卡块II卡接而成以实现试样的快速固定或取出。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：所述楔形夹块上设有用于夹持固定试样的卡槽，所述卡槽的深度略小于试样端部加强片的长度，所述卡槽的侧壁上设有防止试样滑动的锯齿状的防滑齿。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：在上压缩块中，所述环形卡圈和楔形槽同心设置；在下压缩块中，所述环形导槽与楔形槽同心设置。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：卡块I上分别设有凹槽I和凸起I，卡块II上分别设有与凹槽I匹配的凸起II以及与凸起I匹配的凹槽II。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：所述环形卡圈的外径与环形导槽的最大直径相适配以防止上压缩块相对于下压缩块发生左右移动。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：所述环形卡圈的内径与环形导槽的最小直径相适配以防止上压缩块相对于下压缩块发生左右移动。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：上压缩块和下压缩块均呈圆柱形。
8.根据权利要求1所述的一种复合材料层板压缩试验用试样夹持组件，其特征在于：所述环形卡圈上设有缺口以方便将压缩试验用变形测量装置与试样工作段相连接。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料层板压缩试验的试样夹持组件的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、将试样的两端分别使用楔形夹块夹持固定，并保证试样的端部与楔形夹块相抵接；
（2）、将步骤（1）装配好的组件中的一块楔形夹块置于下压缩块的楔形槽内，然后将上压缩块的楔形槽对准另一块楔形夹块并向下移动，使上压缩块的环形卡圈插入下压缩块的环形导槽内；
（3）、按压上压缩块的上表面，消除各连接部位的间隙，然后将带试样的试样夹持组件置于试验机上，开始压缩试验；
（4）、待压缩试验结束后，将试样与试样夹持组件从试验机上取下，放置在操作台上，先分离上压缩块和下压缩块，然后取出两块楔形夹块，最后将两块楔形夹块的卡块I和卡块II分离取出试样即可。
10.根据权利要求9所述的一种复合材料层板压缩试验的试样夹持组件的使用方法，其特征在于：步骤（2）中，上压缩块的环形卡圈插入下压缩块的环形导槽内时，环形卡圈的缺口与试样的工作段相对应；
步骤（3）中，将带试样的试样夹持组件置于试验机上时，通过环形卡圈的缺口在试样的工作段安装变形测量装置，然后开始压缩试验。
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