CN111693371A - 一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，包括用于对陶瓷基复合材料的两端进行固定的工装组件，两端的工装组件结构相同并对称设置；工装组件包括基盘和两个L型基座，基盘由一体成型的圆柱体和圆盘体组成，圆柱体端用于与试验机横梁相连，两个L型基座对称安装在圆盘体上，且两个L型基座的间距可调；陶瓷基复合材料的两端分别通过双头螺纹钢销固定在两个L型基座之间。通过圆柱销体直接提拉的加载方式，可以避免需要极大的加持力才能提供足够的摩擦力拉伸试样，也从根本上避免了对加强片的需求。实验中试验机横梁位移可以带动加载工装位移，而加载工装位移将通过圆柱销体将直接转化为对试样的拉伸。

Description

一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料技术领域，特别是涉及一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装。
背景技术
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基复合材料因其高强度比、高模量比、耐腐蚀性、耐高温、抗氧化等诸多优点，已作为液体火箭发动机喷管、导弹天线罩、航天飞机鼻锥、飞机刹车盘和高档汽车刹车盘等部件，成功应用于航空航天、汽车高铁等多个高新技术领域中的新型高温结构材料。为保障陶瓷基复合材料结构设计和应用，针对其力学性能的表征和测试技术日趋重要。
测定材料在拉伸载荷作用下的一系列特性的试验，又称为抗拉试验。它是材料机械性能试验的基本方法之一，利用拉伸试验得到的数据可以确定一系列材料性能包括：比例极限、断裂延伸率、拉伸模量、拉伸强度、屈服强度等拉伸性能指标。目前大部分拉伸实验中，拉力主要通过楔形工装以夹持式加载方式施加。随着拉伸进程，楔形工装越发收紧，夹持力升高，最终通过摩擦力转化为更高拉力。
拉伸性能是陶瓷基复合材料最重要的力学性能之一，但目前尚未制定对于陶瓷基复合材料拉伸性能的国家标准。我国唯一已有相关标准为国军标GJB8736-2015。然而实践证明，根据国军标准备的试件往往出现加强片脱粘现象，导致试验失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，以解决上述现有技术存在的问题，采用通过含有圆柱销体的工装进行提拉式加载，配合有孔试样，直接将试验机梁柱机位移转化为复合材料轴向拉力，避免因夹持式加载方法和加强片脱粘导致的试验失败。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，包括用于对陶瓷基复合材料的两端进行固定的工装组件，两端的所述工装组件结构相同并对称设置；所述工装组件包括基盘和两个L型基座，所述基盘由一体成型的圆柱体和圆盘体组成，圆柱体端用于与试验机横梁相连，两个所述L型基座对称安装在所述圆盘体上，且两个所述L型基座的间距可调；陶瓷基复合材料的两端分别通过双头螺纹钢销固定在两个所述L型基座之间。
优选地，所述基盘的圆柱体上沿柱体径向开设有一圆柱形孔洞，该圆柱形孔洞用于通过圆柱形销体和试验机横梁相连。
优选地，所述基盘的圆盘体上开设有8个螺纹孔，各所述L型基座通过4个螺栓安装在所述圆盘体上，且所述螺栓的末端螺纹连接于对应的所述螺纹孔中。
优选地，所述L型基座由一体制成的固定底板和竖向夹持板组成，所述固定底板上对称开设有两个贯穿的沟槽，每个沟槽内设置有两个螺栓，所述螺栓穿过所述沟槽后与螺纹孔连接。
优选地，所述沟槽的长度长于两螺栓间的距离，沟槽宽度与螺栓的直径相同，且沟槽宽度小于螺栓头部的宽度。
优选地，当螺栓穿过沟槽且螺栓处于未拧紧状态时，所述L型基座可沿沟槽长度方向滑动，实现L型基座沿沟槽方向位置的调节。
优选地，两个所述L型基座的竖向夹持板上对应开设有通孔，该通孔的直径与所述双头螺纹钢销的直径相同，在陶瓷基复合材料试样的两端打设圆孔，该圆孔与所述双头螺纹钢销的直径相同，所述双头螺纹钢销将带有圆孔的试样固定于两个所述L型基座之间，所述双头螺纹钢销的两头通过螺母拧紧。
优选地，所述双头螺纹钢销中间无螺纹段的长度为竖向夹持板厚度的2倍。
优选地，所述基盘的圆盘体上刻画有最小单位为1mm的刻度线。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1.本发明中的测试工装，在基盘底面刻有标尺，方便对L型基座和试样的对中。
2.L型基座下部开沟槽方便根据试样宽度调节L型基座位置。
3.采用双头螺纹钢销和螺母的组合将钢销和L型基座进行固定，方便操作。
4.采用双头螺纹钢销无螺纹段与有孔陶瓷基复合材料试样直接接触，改变原有夹持加载为提拉加载。
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为陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装爆炸图；
图2为L型基座的结构示意图；
图3为基盘和L型基座装配后结构示意图；
图4为双头螺纹钢销合理的无螺纹段长度安装示意图；
图5为不合理无螺纹段长度的双头螺纹钢销装配后效果示意图；
其中，1基盘；2L型基座；3螺栓；4双头螺纹钢销；5螺母；6试样。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，以解决上述现有技术存在的问题，采用通过含有圆柱销体的工装进行提拉式加载，配合有孔试样，直接将试验机梁柱机位移转化为复合材料轴向拉力，避免因夹持式加载方法和加强片脱粘导致的试验失败。
本发明提供的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，包括用于对陶瓷基复合材料的两端进行固定的工装组件，两端的工装组件结构相同并对称设置；工装组件包括基盘和两个L型基座，基盘由一体成型的圆柱体和圆盘体组成，圆柱体端用于与试验机横梁相连，两个L型基座对称安装在圆盘体上，且两个L型基座的间距可调；陶瓷基复合材料的两端分别通过双头螺纹钢销固定在两个L型基座之间。
将陶瓷基复合材料试样的两端通过双头螺纹钢销固定在两个L型基座之间，然后通过试验机横梁对两端的工装组件进行拉动，在两端工装组件拉动的同时，陶瓷基复合材料试样受到的是提拉加载，并不存在两侧夹持方向的摩擦力，因此不存在因加强片脱粘而导致试验失败的情况。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，如图1所示的测试工装，半套工装包括1个基盘1，2个L型基座2，8个螺栓3，1个双头螺纹钢销4，2个螺母5，另外半套工装部件组成相同，位置相对。整套工装均可采用为45号钢。
具体地，基盘1上部为圆柱状，并开有一圆柱形孔洞，负责通过圆柱形销体和试验机横梁相连。基盘1下半部为盘状，下表面开有8个螺纹孔，螺纹孔深度应与螺栓3配套，螺纹孔负责和基座通过螺栓3组装。此外，基盘1下表面应刻画最小单位为1mm的刻度，方便安装L型基座2时定量调节位置，保证试样6在安装后可以居中，且上下保持竖直无倾斜角。
为了更高的对L型基座2进行固定和适应性的位置调整，如图2-3所示，本实施例中的L型基座2下部应有两个穿透底部的沟槽。沟槽有两个作用：首先，沟槽允许螺栓3穿过，将L型基座2与基盘1固定；其次，当螺栓3穿过沟槽且螺栓3处于未拧紧状态时，沟槽允许L型基座2沿沟槽方向滑动，调节L型基座2沿沟槽方向位置。因此，沟槽长度应长于两螺丝间距离，沟槽宽度应与螺栓3直径相当，且小于螺丝头部的宽度。L型基座2上部应开孔，孔直径应与双头螺旋钢销直径相当。
进一步地，基盘1和L型基座2通过螺栓3连接，螺栓3应选用螺纹段较长的半螺纹螺丝为宜，螺栓3无螺纹段长度应与L型基底底部厚度相当。双头螺纹钢销4被用来穿过L型基座2和试样6的孔洞以固定试样6，并在实验过程中起到提拉试样6的作用。如图4-5所示，双头螺纹钢销4的直径应与L型基座2圆形孔洞直径相同。双头螺纹钢销4中间无螺纹段的长度应为2倍L型基座2上部厚度，这样的设计可以保证在两个L型基座2之间装入试样6后，双头螺纹钢销4的无螺纹段不会显露在L型基座2外部影响螺母5的固定。
本发明中的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装的使用步骤如下：
1)将L型基座2与基盘1通过螺栓3装配，但半旋紧螺栓3。
2)测量试样6厚度，根据试样6厚度，借助基盘1上的刻度调节L型基座2位置进行对中(拉伸测试应尽量保证试样6与拉力方向呈平行方向，无角度偏转；为此，将夹具或工装调制相对于试验机拉伸轴左右对称的状态称为“对中”。)。
3)对中后，旋紧螺栓3固定L型基座2位置，同时将L型基座2与基盘1固定在一起。
4)将基盘1上部与试验机横梁进行装配，固定基盘1。
5)重复1-5步固定另一侧的基盘1。
6)将双头螺纹钢销4穿过两个L型基座2和有孔的试样6。
7)调节双头螺纹钢销4位置，使无螺纹段不露出L型基座2。
8)在双头螺纹钢销4两侧旋紧螺母5，将钢销和L型基座2固定。
9)重复6-8步完成另一侧试样6的固定，即可进行拉伸试验。
现有的夹持加载工装，试验时，夹具通过摩擦力将沿厚度方向的夹持力转化为试样6长度方向的拉力。随着拉伸过程的进行，楔形夹具不断收紧，夹持力度的不断上升以提供更大拉力。由于陶瓷基复合材料刚度较高，韧性较低，夹具直接与试样6接触往往导致试样6在夹持端被夹断，导致实验失败。因此，配合夹持式加载方式的试样6不可避免的需要贴有铝制加强片以避免高刚度的夹具和高刚度的试样6直接接触。而铝制加强片与试样6之间的粘结力就成为了制约实验顺利进行的主要因素。由于陶瓷基复合材料表面光滑，现有胶结剂提供的粘结力较低，加强片脱粘往往早于复合材料断裂出现，导致试验失败。本发明的目的就是通过改变加载方式，取消试样6中加强片的应用，避免因加强片脱沾导致的试验失败。
针对现有技术中的夹持加载方式，加强片脱落问题，本发明在试样6中是彻底取消加强片的存在。这一选择需要实验对夹持的加载方式进行改变。因此本发明最终选择一种通过圆柱销体直接提拉的加载方式，这一选择可以避免需要极大的加持力才能提供足够的摩擦力拉伸试样6，也从根本上避免了对加强片的需求。实验中试验机横梁位移可以带动加载工装位移，而加载工装位移将通过圆柱销体将直接转化为对试样6的拉伸。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：包括用于对陶瓷基复合材料的两端进行固定的工装组件，两端的所述工装组件结构相同并对称设置；所述工装组件包括基盘和两个L型基座，所述基盘由一体成型的圆柱体和圆盘体组成，圆柱体端用于与试验机横梁相连，两个所述L型基座对称安装在所述圆盘体上，且两个所述L型基座的间距可调；陶瓷基复合材料的两端分别通过双头螺纹钢销固定在两个所述L型基座之间。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：所述基盘的圆柱体上沿柱体径向开设有一圆柱形孔洞，该圆柱形孔洞用于通过圆柱形销体和试验机横梁相连。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：所述基盘的圆盘体上开设有8个螺纹孔，各所述L型基座通过4个螺栓安装在所述圆盘体上，且所述螺栓的末端螺纹连接于对应的所述螺纹孔中。
4.根据权利要求3所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：所述L型基座由一体制成的固定底板和竖向夹持板组成，所述固定底板上对称开设有两个贯穿的沟槽，每个沟槽内设置有两个螺栓，所述螺栓穿过所述沟槽后与螺纹孔连接。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：所述沟槽的长度长于两螺栓间的距离，沟槽宽度与螺栓的直径相同，且沟槽宽度小于螺栓头部的宽度。
6.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：当螺栓穿过沟槽且螺栓处于未拧紧状态时，所述L型基座可沿沟槽长度方向滑动，实现L型基座沿沟槽方向位置的调节。
7.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：两个所述L型基座的竖向夹持板上对应开设有通孔，该通孔的直径与所述双头螺纹钢销的直径相同，在陶瓷基复合材料试样的两端打设圆孔，该圆孔与所述双头螺纹钢销的直径相同，所述双头螺纹钢销将带有圆孔的试样固定于两个所述L型基座之间，所述双头螺纹钢销的两头通过螺母拧紧。
8.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：所述双头螺纹钢销中间无螺纹段的长度为竖向夹持板厚度的2倍。
9.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料拉伸性能测试的测试工装，其特征在于：所述基盘的圆盘体上刻画有最小单位为1mm的刻度线。
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