CN111795889A - 一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具及使用方法，涉及复合材料拉伸测试装置技术领域，包括固定夹持端、活动夹持部、尾部支撑片、长螺杆和弹簧；固定夹持端设于长螺杆的一端，尾部支撑片设于长螺杆的另一端，活动夹持部活动设于长螺杆上，弹簧套设于长螺杆上且位于固定夹持端和活动夹持部之间，长螺杆上位于弹簧靠近固定夹持端设有第一螺母。在无需电子设备的情况下，对复合材料试验在极端环境下提供精确定量的拉伸载荷，完成复合材料在多种极端环境下承受长时稳定的精确拉伸载荷的服役模拟试验，该拉伸夹具结构简单，工况稳定，不易出现损坏；测试方法简便，灵活度高，可以根据不同的环境模拟要求以及试样种类不同自行调整测试条件和步骤。

Description

一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具及使用方法
技术领域
本发明涉及复合材料拉伸测试装置技术领域，特别是涉及一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具及使用方法。
背景技术
目前复合材料逐渐受到大家的关注，随着复合材料的应用领域也逐步扩大，其面临着多种多样的服役环境。而在不同环境中，对于复合材料承受长时拉伸载荷作用下服役性能的测试探究较少，主要的难点是由于施加载荷的电子仪器和数字显示器无法在一些极端环境下正常工作，使得对复合材料试样的持续拉伸载荷与多环境耦合作用下服役性能测试不能有效进行。该拉伸试验装置可以在高盐、高温、低温、高酸、高碱、高湿热、高水压、高辐照环境下对复合材料试样施加准确定量的拉伸载荷，对于复合材料在极端环境下承受拉伸载荷情况的模拟试验具有重大意义。
因此，亟需一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具及使用方法，以在高盐、高温、低温、高酸、高碱、高湿热、高水压、高辐照环境下对复合材料试样施加准确定量的拉伸载荷。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，包括固定夹持端、活动夹持部、尾部支撑片、长螺杆和弹簧；所述固定夹持端设置于所述长螺杆的一端，所述尾部支撑片设置于所述长螺杆的另一端，所述活动夹持部活动设置于所述长螺杆上，所述弹簧套设于所述长螺杆上且位于所述固定夹持端和所述活动夹持部之间，所述长螺杆上位于所述弹簧靠近所述固定夹持端设置有一第一螺母。
可选的，所述固定夹持端包括夹具底座、固定夹块和两个第一固定螺丝，所述夹具底座顶面设置有两个第一螺纹孔，所述固定夹块上与所述第一螺纹孔相匹配的设置有两个第一通孔，所述固定夹块设置于所述夹具底座上，且所述两个第一螺纹孔与所述两个第一通孔相对应，所述两个第一固定螺丝分别贯穿一个通孔后与对应的所述第一螺纹孔相连接。
可选的，所述夹具底座的顶面和所述固定夹块的底面均设置有粗糙纹理。
可选的，所述活动夹持部包括活动块、活动夹块和两个第二固定螺丝；所述活动块侧面设置有贯穿孔，所述贯穿孔的直径大于所述长螺杆的直径，所述长螺杆贯穿所述贯穿孔，所述活动块顶面设置有两个第二螺纹孔，所述活动夹块上与所述第二螺纹孔相匹配的设置有两个第二通孔，所述活动夹块设置于所述活动块上，且所述两个第二螺纹孔与所述两个第二通孔相对应，所述两个第二固定螺丝分别贯穿一个通孔后与对应的所述第二螺纹孔相连接。
可选的，所述活动块的顶面和所述活动夹块的底面均设置有粗糙纹理。
可选的，所述弹簧与所述第一螺母之间设置有挡片。
本发明还公开一种上述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的使用方法，包括以下步骤:
(1)列出弹簧的压缩量与弹簧载荷的对照表；
(2)计算出复合材料试样所要承受的目标拉伸载荷，等量为目标弹簧载荷，再进一步换算为目标弹簧压缩量；
(3)将复合材料试样的两端分别固定在固定夹持端和活动夹持部上；
(4)调节第一螺母限定挡片在长螺杆上的水平位置，使挡片与弹簧接触，且弹簧没有产生压缩量时的位置为挡片的起点，此时利用游标卡尺测量挡片与活动块的距离，即初始距离，初始距离与目标弹簧压缩量的差值即为目标距离；
(5)继续调节第一螺母，使得挡片向活动块靠近，对弹簧进行压缩，在调节过程中，保证两个第一螺母的位移量相同，使得挡片与活动块的端面始终处于平行关系；当挡片与活动块达到目标距离时，停止调节第一螺母，此时复合材料试样承受定量的目标拉伸载荷。
可选的，将该拉伸装置放置于模拟服役的极端环境中，该极端环境为高盐或高温或低温或高酸或高碱或高湿热或高水压或高辐照环境，或上述环境中任意一种或两种以上的组合或交替进行。
可选的，在极端环境中放置预定时间后，将复合材料试样表面擦拭干净，并进行拉伸测试，将复合材料试样放入力学试验机中，拉伸直至断裂，计算复合材料试样的极限拉伸载荷，与服役前极限拉伸载荷进行对比，计算拉伸性能保留率。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明采用该极端环境下的复合材料拉伸夹具，可以在不需要电子设备的情况下，对复合材料试验在极端环境下提供精确定量的拉伸载荷，完成复合材料在多种极端环境下承受拉伸载荷的服役模拟试验，该拉伸夹具结构简单，工况稳定，不易出现损坏；测试方法简便，灵活度高，可以根据不同的环境模拟要求以及试样种类不同自行调整测试条件和步骤。该拉伸夹具和测试方法为复合材料极端环境拉伸载荷模拟提供了一种新的思路，具有广泛的应用前景。
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为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的立体图；
图2为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的后视图；
图3为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的上视图；
图4为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的左视图。
附图标记说明：1、夹具底座；2、长螺杆；3、挡片；4、弹簧；5、活动块；6、固定夹块；7、活动夹块；8、第一固定螺丝；9、第二固定螺丝；10、尾部支撑片；11、第一螺母；12、试样；13、第二螺母；2a、第一螺纹；2b、第二螺纹。
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。
实施例一：
如图1至4所示，本实施例提供一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，包括固定夹持端、活动夹持部、尾部支撑片10、长螺杆2和弹簧4；所述固定夹持端设置于所述长螺杆2的一端，所述尾部支撑片10设置于所述长螺杆2的另一端，所述活动夹持部活动设置于所述长螺杆2上，所述弹簧4套设于所述长螺杆2上且位于所述固定夹持端和所述活动夹持部之间，所述长螺杆2上位于所述弹簧4靠近所述固定夹持端设置有一第一螺母11。
拉伸载荷夹具的夹具底座1呈长方体，长螺杆2通过螺纹螺孔分别连接在夹具底座1的左右两侧。在长螺杆2上依次放入第一螺母11，挡片3，弹簧4以及活动块5。将尾部支撑片10放置在长螺杆2的尾部，并用第二螺母13对尾部支撑片10进行固定。试样12分别被两端加持装置固定，弹簧4的弹性系数已知，即弹簧4压缩量与弹簧4载荷具有明确的一一对应关系，利用第一螺母11限定挡片3在长螺杆2上的水平位置，从而精确限制两个弹簧4的压缩量，并保证两个弹簧4的压缩量相等。由于弹簧4的压缩量而产生的载荷等量传递到可自由活动的活动块5上，可实现在高温水浴环境对试样12施加定量载荷的实验操作。
固定端的夹持装置由夹具底座1，固定夹块6以及第一固定螺丝8构成，夹具底座1上的螺孔与第一固定螺丝8的螺纹相匹配，固定夹块6上的对应位置则为光滑孔洞，并且孔洞直径稍大于第一固定螺丝8的螺纹直径，使得第一固定螺丝8能够顺利穿过固定夹块6，与夹具底座1上的螺纹孔啮合。夹具底座1和固定夹块6的两孔之间有粗糙纹理，本实例中为规则菱形凸起纹路，在加持过程中可以有效的对试样12施加加持力，防止在水中测试时，试样12的夹持部位出现打滑现象，造成弹簧4的载荷无法等量传递到试样12上，进而影响试验效果。将试样12放置在夹具底座1和固定夹块6之间，通过第一固定螺丝8穿过固定夹块6，与夹具底座1的螺纹孔啮合，使得夹具底座1和固定夹块6对试样12施加夹持力。
活动夹持部包括活动块5，活动夹块7以及第二固定螺丝9构成，活动块5上的螺孔与第二固定螺丝9的螺纹相匹配，活动夹块7上的对应位置则为光滑孔洞，并且孔洞直径稍大于第二固定螺丝9的螺纹直径，使得第二固定螺丝9能够顺利穿过活动夹块7，与活动块5上的螺纹孔啮合。活动块5和活动夹块7的两孔之间有粗糙纹理，本实例中为规则菱形凸起纹路，在加持过程中可以有效的对试样12施加加持力，防止在水中测试时，试样12的夹持部位出现打滑现象，造成弹簧4的载荷无法等量传递到试样12上，进而影响试验效果。将试样12放置在活动块5和活动夹块7之间，通过第二固定螺丝9穿过活动夹块7，与活动块5的螺纹孔啮合，使得活动块5和活动夹块7对试样12施加夹持力。
当拉伸载荷夹具水平放置时，活动块5的下表面要高于尾部支撑片10的下表面与夹具底座1的下表面。并且活动块5的侧面贯穿孔的直径要稍大于长螺杆2直径，使得活动块5可以自由的在长螺杆2上做水平滑动，这样可以根据试样12的长度不同，自由调节活动块5与夹具底座1之间的距离；并且侧面贯穿孔直径稍大于长螺杆2，活动块5在滑动过程中会减少与长螺杆2不必要的摩擦力，使得弹簧4的载荷在传递过程中出现不必要的损耗，保证活动块5可以将弹簧4产生的载荷等量传递到试样12上。
当尾部支撑片10固定在长螺杆2尾部时，尾部支撑片10的下表面与夹具底座1的下表面处于同一水平面，使得拉伸载荷夹具在实验过程中可以水平放置。保证在水平放置时，在没有外力作用情况下，活动块5不会在长螺杆2上出现水平滑移。这是为了防止活动块5自身对试样12施加不必要的载荷，保证试样12受到的载荷完全通过弹簧4产生的载荷等量传递而来。
弹簧4的内径要稍大于长螺杆2，减少弹簧4与长螺杆2之间不必要的摩擦，防止弹簧4与长螺杆2之间的摩擦力抵消一部分弹簧4产生的载荷，使得弹簧4压缩量与所产生载荷无法实现精确的一一对应关系，影响试验效果。弹簧4外径的选择原则是不得与试样12发生接触，并且在水平放置时，弹簧4不得与底面发生接触，否则会影响弹簧4施加载荷的精确性。弹簧4的长度不能超过夹具底座1与活动块5相对两个端面间的距离，优选为50mm-150mm，最优选为70mm。弹性系数优选为80-150N/mm，最优选为100N/mm。
长螺杆2上有两种不同直径的螺纹，分别为长螺杆2中部的第一螺纹2a和长螺杆2另一端的第二螺纹2b，其中第一螺纹2a的外径与长螺杆2的直径相等。当弹簧4处于自由长度，即不受任何外力时的长度，挡片3紧贴弹簧4，此时第一螺母11所处的位置为第一螺纹2a的起始位置。当弹簧4的长度压缩为自由长度的50％时，第一螺母11所处位置为第一螺纹2a的终止位置。第二螺纹2b明显小于长螺杆2的直径，优选为小于长螺杆2直径1-6mm，最优选为小于长螺杆2直径2mm。第二螺纹2b直径相对于螺纹杆的直径变化为突变，突变位置距离长螺杆2尾部距离优选为10-50mm，优选为20mm。
尾部支撑片10左右两边分别有光滑贯穿孔，孔直径大于第二螺纹2b，孔直径小于长螺杆2的直径，使得尾部支撑片10可被固定在长螺杆2直径突变的位置，然后被第二螺母13进行固定。
夹具底座1的侧面有两个螺纹槽，以及顶部的两个螺纹贯穿孔，侧面的螺纹槽与长螺杆2相连接。顶部的两个螺纹贯穿孔与第一固定螺丝8相连接。侧面的螺纹槽尽量靠近夹具底座1的顶面，缩短长螺杆2与试样12的距离，可以缩小拉伸载荷夹具的高度，便于完全没过水浴槽，方便试验进行。顶部螺纹贯穿孔使得拉伸载荷夹具从水浴槽取出后，水可以顺着贯穿孔流走，不会聚集在螺纹孔内，使得对拉伸载荷夹具的清洗造成困难。两个顶部螺纹孔间距离要小于两个侧面螺纹槽间距离，使得第一固定螺丝8尽量靠近试样12，使得第一固定螺丝8施加的预紧力而已最大程度的传递到试样12上，防止在水浴环境中，试样12与夹持装置出现打滑，同时也实现夹持力的高效转化。
活动块5的孔的位置及构造与夹具底座1基本相同。所不同的是为了保证活动块5可以在长螺杆2上实现自由的水平滑动，活动块5侧面有两个光滑的贯穿螺孔。光滑贯穿孔尽量靠近活动块5的顶面，缩短长螺杆2与试样12的距离，缩短了载荷的传递距离，降低了载荷在传递过程中出现的损耗，保证了载荷在传递过程中，载荷方向始终与试样12长度方向保持平行，确保试样12在实验过程中施加的是定量的轴向拉伸载荷。
挡片3在实验过程中，无论弹簧4压缩量的大小，需要始终保持与两个长螺杆2的垂直关系，即保证两个弹簧4的压缩量完全相同，使得第一螺母11在整个试验过程中能起到良好的轴向限位作用而不会出现滑丝现象，保证试验顺利进行。
除了试样12外，拉伸载荷夹具中的零件具备一定机械强度的同时，均需要耐高温水浴环境，优选为黄铜，铝，不锈钢等金属材料，最优选为不锈钢材料。
该复合材料拉伸夹具可用于测试碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维为增强体的复合材料板材，板材的厚度为0.1mm-2mm之间，优选为1mm。
实施例二：
本实施例提供一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的使用方法，包括以下步骤：
复合材料试样12为以碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维为增强体的复合材料板材，板材厚度为0.1mm-2mm，优选为1mm；所述复合材料试样12长度为150mm-300mm，优选为250mm，所述复合材料试样10宽度为10mm-30mm，优选为15mm。同一批次复合材料试样10的数量为10个及以上。
进一步地，将所述同一批次的复合材料试样随机选取5个进行单轴向拉伸性能测试，将这5个复合材料试样拉伸至断裂计算出复合材料试样的极限拉伸强度。
将试验装置的零件组装成为试验装置后，随机取同一批次的1个复合材料试样12，将复合材料试样12的两端分别置于夹具底座1和活动端部5上，复合材料试样12的中轴线与夹具底座1和活动端部5的中轴线对齐，并且复合材料试样12的两端下侧分别与夹具底座1和活动端部5中央的菱形凸起纹路贴合。
进一步地，将夹片6和夹片7分别置于夹具底座1和活动端部5的上方，夹片6和夹片7中央的菱形凸起纹路与复合材料试样12的两端上侧贴合，夹片6和夹片7的贯穿孔分别与夹具底座1和活动端部5的螺纹孔对齐。
进一步地，用固定螺母8将夹片6与夹具底座1进行固定，固定螺母9将夹片7与活动端部5进行固定，并拧紧固定螺母8和固定螺母9，对复合材料试样两端提供足够的夹持力，在本实施方法中采用M10内六角螺母，但不限于此。
进一步地，复合材料试样固定后，保证弹簧4保持自由伸长状态，即弹簧4与弹簧挡片3不接触。并将拉伸夹具处于水平状态放置。
其中，依据不同的试验要求，给复合材料试样施加其极限拉伸强度10％-60％之间的定量载荷。具体步骤可以包括:
(1)需要列出弹簧4的压缩量与弹簧载荷的对照表，即弹簧压缩量与弹簧载荷具有明确的一一对应关系，具体对应精度依照试验需求决定，该对照表可以为商家提供，也可以用力学试验机自行测得，自行测得的压缩载荷位移曲线即为压缩量与弹簧载荷的对照表。
(2)计算出复合材料试样所要承受的目标拉伸载荷，等量为目标弹簧载荷，再进一步换算为目标弹簧压缩量。
(3)调节限位螺母11限定弹簧挡片3在长螺杆2上的水平位置，当弹簧挡片3与弹簧4恰好接触，且弹簧4没有产生压缩量时的位置为弹簧挡片3的起点，此时利用游标卡尺测量弹簧挡片3与活动端部5的距离，即初始距离。初始距离与目标弹簧压缩量的差值即为目标距离
(4)继续调节限位螺母11，使得弹簧挡片3向活动端部5靠近，对弹簧4进行压缩，在调节过程中，保证两个限位螺母11的位移量相同，使得弹簧挡片3与活动端部5的端面始终处于平行关系。当弹簧挡片3与活动端部5达到目标距离时，停止调节限位螺母11，此时复合材料试样承受定量的目标拉伸载荷。
进一步地，将该压缩装置放置于模拟服役的极端环境中，该极端环境可以为高盐、高温、低温、高酸、高碱、高湿热、高水压、高辐照环境，以及任意一种或两种以上的组合或交替进行，但不限于此。在环境的模拟服役时长可为任意时长，优选为1天-14天，最优选为7天。
其中，高盐环境为(a)采用5％的氯化钠盐水溶液，溶液PH值调在中性范围(6～7)作为喷雾用的溶液。(b)在5％氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的PH值降为3.1～3.3之间。(c)在5％的氯化钠盐水溶液中加入足够量的二氯化铜(CuCl2H2O)，使其浓度为0.26％0.02g/L，并在盐溶液中需添加足量的冰醋以保证试验箱内收集的盐雾浓度样品的PH在3.1～3.3之间。具体操作方法是将压缩夹具放入盐雾试验箱中，利用上述配置好的溶液生成盐雾，盐雾的沉降率在1～2ml/80cm2·h之间。
其中，高温环境为环境温度为60-150℃的大气环境，具体操作方法是将压缩夹具放入烘箱中，设置目标温度即可。
其中，低温环境为环境温度为-120℃-25℃的大气环境，具体操作方法是将压缩夹具放入超低温轴承冷却箱中，设置目标温度即可。
其中，高酸环境为利用盐酸，醋酸，稀硫酸与去离子水配置成PH值1-6的混合溶液，高碱环境为利用氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠与去离子水配置成PH值8-14的混合溶液。具体操作方法是利用吸水材料包裹在复合材料试样10的中间部分，中间部分长度和夹持器上端4和夹持器上端4的凹槽长度相等，并在外部再包裹一层不透气薄膜防止溶液挥发。将包裹后的复合材料试样10放置到压缩夹具中并夹持好，施加目标载荷后，利用注射器将已经标定PH值的混合溶液透过不透气薄膜注射到吸水材料中，完全润湿吸水材料后将压缩夹具水平放置到烘箱中开始实验，温度设置为25-95℃，每四小时需要利用注射器对吸水材料进行液体补充，保持环境的稳定性。其中，高湿热环境为相对湿度为50％RH-100％RH的大气环境，环境温度为25-75℃。具体操作方法是将压缩夹具放入湿热环境箱中，设置目标湿度即可。
其中，高水压环境是将压缩夹具放置在深海海底水压试验装置内，并在装置内注入试验液体，该液体可以为去离子水，矿物质水，天然海水或人工海水。并施加0.1-120MPa的静水压。
其中，高辐照环境是将压缩夹具放置在氙灯老化试验箱内，辐照度为1-50W/m2，环境温度和湿度按照具体实验要求设定即可。
进一步地，在模拟服役极端环境的时长达到后，将拉伸夹具置于常温常压环境下，调节限位螺母11，使得弹簧挡片3恢复到与活动端部5的初始距离。取下固定螺母8和固定螺母9，取下夹片6和夹片7。最终取下复合材料试样。
进一步地，将复合材料试样表面擦拭干净，并进行拉伸测试，将复合材料试样放入力学试验机中，拉伸直至断裂，计算复合材料试样的极限拉伸载荷，与服役前极限拉伸载荷进行对比，计算拉伸性能保留率。
实施例三：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以芳纶纤维斜纹织物为增强体的复合材料试样12，试样12长度为230mm，宽度为25mm，厚度为0.2mm。利用拉伸夹具夹持复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的40％，将调整好的拉伸夹具水平放置在盐雾试验箱内，盐雾溶液为5％氯化钠溶液中滴加冰醋酸，使溶液的PH值降为3.1～3.3之间，盐雾的沉降率在1～2ml/80cm2·h之间。试验温度为35℃。试验时长为7天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在PH值为3.1～3.3的盐雾服役环境下拉伸强度保持情况。
实施例四：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以碳纤维单向预浸料为增强体的复合材料试样12，试样12长度为250mm，宽度为15mm，厚度为0.2mm。利用拉伸夹具夹持复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的50％，将调整好的拉伸夹具水平放置在烘箱内，烘箱设定温度范围为150℃，试验时长为3天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在150℃的服役环境下拉伸强度保持情况。
实施例五：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以玄武岩纤维单向布为增强体的复合材料试样12，试样12长度为170mm，宽度为25mm，厚度为0.5mm。利用拉伸夹具夹持复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的20％，将调整好的拉伸夹具水平放置在超低温轴承冷却箱内，冷却箱设定温度为-50℃。试验时长为3天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下擦拭干净，并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在-50℃的服役环境下拉伸强度的保持情况。
实施例六：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以芳砜纶纤维单向布为增强体的复合材料试样12，试样12长度为250mm，宽度为15mm，厚度为1mm。在复合材料试样12未被夹持的中间部分包裹干燥海绵，在海绵外部包裹一层不透气聚偏二氯乙烯薄膜防止液体挥发。利用拉伸夹具夹持包裹好的复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的10％。利用注射器在海绵中滴加PH值为1的盐酸和去离子水的混合溶液至海绵完全润湿，将调整好的拉伸夹具水平放置在烘箱内，烘箱设定温度为50℃，每3小时对海绵补充一次混合溶液，保持复合材料试样12周围的强酸性环境。试验时长为7天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下擦拭干净，并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在50℃下强酸性溶液环境的服役环境下拉伸强度的保持情况。
实施例七：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以碳纤维斜纹织物为增强体的复合材料试样12，试样12长度为230mm，宽度为25mm，厚度为0.8mm。在复合材料试样12未被夹持的中间部分包裹干燥海绵，在海绵外部包裹一层不透气聚偏二氯乙烯薄膜防止液体挥发。利用拉伸夹具夹持包裹好的复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的20％。利用注射器在海绵中滴加PH值为13的氢氧化钠和去离子水的混合溶液至海绵完全润湿，将调整好的拉伸夹具水平放置在烘箱内，烘箱设定温度为50℃，每3小时对海绵补充一次混合溶液，保持复合材料试样12周围的强碱性环境。试验时长为7天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下擦拭干净，并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在50℃下强碱性溶液环境的服役环境下拉伸强度的保持情况。
实施例八：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以玻璃纤维平纹织物为增强体的复合材料试样12，试样12长度为230mm，宽度为25mm，厚度为0.5mm。在试验开始前需要对复合材料试样12干燥并称取初始质量。然后用拉伸夹具夹持住复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的30％，将调整好的拉伸夹具水平放置在湿热环境箱内，湿热环境箱设定温度为75℃，相对湿度为95％RH，试验时长为14天。在试验开始后的1小时，3小时，5小时，7小时，10小时，15小时，1天，2天，3天，5天，7天，10天，14天分别将拉伸夹具从湿热环境箱取出并放入保湿器皿内降至室温，然后将复合材料试样12从拉伸夹具上取下并称取质量，之后继续夹持在拉伸夹具上并利用弹簧4施加载荷。质量的称取频率可以按照试验要求自行调整。试验结束后，根据测得质量绘制复合材料试样12的吸湿曲线，并等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在温度为75℃，相对湿度为95％RH的服役环境下拉伸强度保持情况。
实施例九：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以超高分子量聚乙烯纤维为增强体的复合材料试样12，试样12长度为230mm，宽度为15mm，厚度为0.2mm。利用拉伸夹具夹持复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的40％，将调整好的拉伸夹具水平放置在深海海底水压实验装置内，在装置内注入天然海水，并施加压强为10MPa的静水压，模拟海底1000m处的服役状况，试验温度为25℃，试验时长为7天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下擦拭干净，并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在深海高压的服役环境下拉伸强度的保持情况。
实施例十：
本实施例涉及一种利用载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的复合材料试验方法具体包括以下步骤：
以碳纤维缎纹织物为增强体的复合材料试样12，试样12长度为250mm，宽度为15mm，厚度为0.5mm。利用拉伸夹具夹持复合材料试样12，并对弹簧4施加压缩量，使得弹簧4对复合材料试样12施加的载荷强度为复合材料极限拉伸载荷的20％，将调整好的拉伸夹具水平放置在氙灯老化试验箱内，辐照度为50W/m2，试验温度为38℃，试验相对湿度为50％RH，并对试样干燥102min，去离子水喷淋18min，如此交替进行，试验时长为7天。试验结束后，等待拉伸夹具恢复至室温，将复合材料试样12从拉伸夹具上取下擦拭干净，并进行拉伸测试，并计算试验前后复合材料试样12拉伸强度保留率，以此评估该复合材料在高辐照的服役环境下拉伸强度的保持情况。
此外，本案发明人还参照实施例一至十的方式，以本说明书中列出的其他条件进行了试验，亦可达成相应的效果，均可以在相应的极端环境下对复合材料试样施加定量拉伸载荷，到达环境服役的模拟效果。
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。
本说明书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)

1.一种载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，其特征在于，包括固定夹持端、活动夹持部、尾部支撑片、长螺杆和弹簧；所述固定夹持端设置于所述长螺杆的一端，所述尾部支撑片设置于所述长螺杆的另一端，所述活动夹持部活动设置于所述长螺杆上，所述弹簧套设于所述长螺杆上且位于所述固定夹持端和所述活动夹持部之间，所述长螺杆上位于所述弹簧靠近所述固定夹持端设置有一第一螺母。
2.根据权利要求1所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，其特征在于，所述固定夹持端包括夹具底座、固定夹块和两个第一固定螺丝，所述夹具底座顶面设置有两个第一螺纹孔，所述固定夹块上与所述第一螺纹孔相匹配的设置有两个第一通孔，所述固定夹块设置于所述夹具底座上，且所述两个第一螺纹孔与所述两个第一通孔相对应，所述两个第一固定螺丝分别贯穿一个通孔后与对应的所述第一螺纹孔相连接。
3.根据权利要求2所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，其特征在于，所述夹具底座的顶面和所述固定夹块的底面均设置有粗糙纹理。
4.根据权利要求1所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，其特征在于，所述活动夹持部包括活动块、活动夹块和两个第二固定螺丝；所述活动块侧面设置有贯穿孔，所述贯穿孔的直径大于所述长螺杆的直径，所述长螺杆贯穿所述贯穿孔，所述活动块顶面设置有两个第二螺纹孔，所述活动夹块上与所述第二螺纹孔相匹配的设置有两个第二通孔，所述活动夹块设置于所述活动块上，且所述两个第二螺纹孔与所述两个第二通孔相对应，所述两个第二固定螺丝分别贯穿一个通孔后与对应的所述第二螺纹孔相连接。
5.根据权利要求4所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，其特征在于，所述活动块的顶面和所述活动夹块的底面均设置有粗糙纹理。
6.根据权利要求1所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具，其特征在于，所述弹簧与所述第一螺母之间设置有挡片。
7.根据权利要求1-6任一项所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)列出弹簧的压缩量与弹簧载荷的对照表；
(2)计算出复合材料试样所要承受的目标拉伸载荷，等量为目标弹簧载荷，再进一步换算为目标弹簧压缩量；
(3)将复合材料试样的两端分别固定在固定夹持端和活动夹持部上；
(4)调节第一螺母限定挡片在长螺杆上的水平位置，使挡片与弹簧接触，且弹簧没有产生压缩量时的位置为挡片的起点，此时利用游标卡尺测量挡片与活动块的距离，即初始距离，初始距离与目标弹簧压缩量的差值即为目标距离；
(5)继续调节第一螺母，使得挡片向活动块靠近，对弹簧进行压缩，在调节过程中，保证两个第一螺母的位移量相同，使得挡片与活动块的端面始终处于平行关系；当挡片与活动块达到目标距离时，停止调节第一螺母，此时复合材料试样承受定量的目标拉伸载荷。
8.根据权利要求7所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的使用方法，其特征在于，将该拉伸装置放置于模拟服役的极端环境中，该极端环境为高盐或高温或低温或高酸或高碱或高湿热或高水压或高辐照环境，或上述环境中任意一种或两种以上的组合或交替进行。
9.根据权利要求8所述的载荷与环境耦合作用的复合材料拉伸夹具的使用方法，其特征在于，在极端环境中放置预定时间后，将复合材料试样表面擦拭干净，并进行拉伸测试，将复合材料试样放入力学试验机中，拉伸直至断裂，计算复合材料试样的极限拉伸载荷，与服役前极限拉伸载荷进行对比，计算拉伸性能保留率。
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