CN112326462A - 一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，属于树脂基复合材料性能检测技术领域。包括控制单元、驱动单元、传动单元、检测单元和剪切单元；控制单元与驱动单元和检测单元连接；驱动单元通过传动单元与剪切单元连接，剪切单元上设有检测单元；剪切单元设有用于夹持待测样品的夹持器和用于剪切待测样品的刀片。控制单元控制检测单元的信息采集与驱动单元的运作，驱动单元通过传动单元带动剪切单元运动。同时，检测单元负责检测驱动单元与剪切单元所产生的数据信息，并将信号反馈给控制单元，在控制屏上显示测试数据，再利用传感器的数据采集卡将数据导入到计算机内，最终得到纤维/树脂界面剪切应力‑应变曲线图。

Description

一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪
技术领域
本发明涉及一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，属于树脂基复合材料性能 检测技术领域。
背景技术
近年来，由于树脂基复合材料具有低密度、高比模量、高比强度、耐疲劳性 能好、可设计性好、减振性好、耐化学腐蚀和耐烧蚀性能好等特点，是理想的轻 量化材料，广泛应用于航空航天、武器与军工、建筑、汽车、船舶、体育用品领 域。目前，在微观力学测试方面，主要有单纤维拔出实验、微滴油拔实验、纤维 断裂实验、纤维压出实验以及结合拉曼光谱的微滴实验与拔出实验、碳纤维电阻 法实验等。而在宏观测试方面，则有层合板宏观层次实验和横向丝束复合材料 (TFBC)拉伸法，以此表征纤维/树脂界面剪切性能。树脂基复合材料纤维/树脂 界面的剪切应力大小以及剪切应力与应变的关系对于复合材料的性能参数范围 有着至关重要的影响，从而决定树脂基复合材料的最终用途。但是现有的测试方法各有优缺点，且缺少测试纤维/树脂界面剪切性能的专用设备，而是用纤维拉 伸仪代替，测量误差较大。所以本技术领域亟需一种纤维/树脂界面剪切应力测 试设备，以便更好的反映树脂基复合材料界面剪切性能。
发明内容
本发明的目的是为解决提供一种检测纤维/树脂界面剪切应力的装置，以实 现纤维/树脂界面剪切性能表征的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种纤维/树 脂界面剪切应力测试仪，包括控制单元、驱动单元、传动单元、检测单元和剪切 单元；控制单元与驱动单元连接；控制单元与检测单元连接；驱动单元通过传动 单元与剪切单元连接，剪切单元上设有检测单元；所述剪切单元设有用于夹持待 测样品的夹持器和用于剪切待测样品的刀片。
优选地，所述剪切单元包括模块一、模块二、模块三、夹持器和刀片；所述 模块二的一端设有夹持器，模块二的另一端与模块一连接；模块三上设有与模块 二直线运动方向垂直的刀片。
优选地，所述检测单元包括力传感器和位移传感器；所述模块二与模块一之 间设有力传感器；所述模块二上设有位移传感器。
优选地，所述传动单元包括导轨、滑块、滚珠丝杠和丝杠支撑座；所述滚珠 丝杠的一端穿过模块一与丝杠支撑座连接；模块一中设有与滚珠丝杠相配合用于 模块一移动的螺纹；模块一通过滑块与导轨连接；模块二通过滑块与导轨连接。
优选地，所述驱动单元包括伺服电机、减速机、减速机安装座和联轴器；减 速机安装座内设有减速机；伺服电机通过减速机与联轴器的一端连接，联轴器的 另一端与滚珠丝杠的另一端连接。
优选地，所述伺服电机设为直流无刷伺服电机，所述减速机设为齿轮减速机。
优选地，所述夹持器设有用于夹持待测样品的凹槽。
优选地，所述刀片设为可以更换形式。
优选地，所述力传感器设为拉应力双向传感器，所述位移传感器设为激光位 移传感器。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.本发明测试仪选用直流无刷伺服电机，可测量的界面剪切应力范围大；
2.测试仪中的夹持器内侧为凹槽状，可稳固地夹持住包裹有树脂的纤维试 样，以便后续测试的顺利进行；
3.测试仪中的刀片有多种模型设计，可根据所测复合材料试样的增强体纤维 的不同而更换刀片，以便更有效地刮脱纤维上的树脂。
附图说明
图1为本发明一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪的功能示意框图；
图2为本发明一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪的内部结构图；
图3为本发明一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪的整体三维模型图；
图4为本发明一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪的透视图；
图5为本发明一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪中刀片的两种模型设计 图；
附图标记：1.伺服电机；2.减速机；3.减速机安装座；4.联轴器；5.导轨； 6.滑块；7.滚珠丝杠；8.丝杠支撑座；9.夹持器；10.刀片；11.力传感器；12. 位移传感器；13.模块一；14.模块二；15.模块三；16.控制屏；17.工作挡板； 18.转轴；19.电机挡板；20.左侧板；21.底板；22.顶板；23.右侧板；24.背板； 25.框架件。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1-5所示，本发明提供一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，包括控制 单元、驱动单元、传动单元、检测单元和剪切单元；控制单元与驱动单元连接， 驱动单元通过传动单元与剪切单元连接，剪切单元上设有检测单元；剪切单元设 有用于夹持待测样品的夹持器9和用于剪切待测样品的刀片10。剪切单元包括 模块一13、模块二14、模块三15、夹持器9和刀片10；模块二14的一端设有 夹持器9，模块二14的另一端与模块一13连接；模块三15上设有与模块二14 直线运动方向垂直的刀片10。检测单元包括力传感器11和位移传感器12；模块 二14与模块一13之间设有力传感器11；模块二上设有位移传感器12。传动单 元包括导轨5、滑块6、滚珠丝杠7和丝杠支撑座8；滚珠丝杠7的一端穿过模 块一13与丝杠支撑座8连接；模块一13中设有与滚珠丝杠7相配合的用于模块 一13移动的螺纹；模块一13通过滑块6与导轨5连接；模块二14通过滑块6 与导轨5连接。驱动单元包括伺服电机1、减速机2、减速机安装座3和联轴器 4；减速机安装座3内设有减速机2；伺服电机1通过减速机2与联轴器4的一 端连接，联轴器4的另一端与滚珠丝杠7的另一端连接。伺服电机1设为直流无 刷伺服电机，减速机2设为齿轮减速机。夹持器9设有用于夹持待测样品的凹槽。 刀片10设为可以更换形式，刀片10可以设计为不同的形状与厚度，可根据所测 复合材料试样的增强体纤维的不同而更换刀片，如附图5所示的刀片的两种模型 设计图；力传感器11设为拉应力双向传感器，位移传感器12设为激光位移传感 器。
本发明一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，包括底板21以及位于底板21 上的控制单元、驱动单元、传动单元、剪切单元与检测单元。驱动单元包括伺服 电机1、减速机2、减速机安装座3与联轴器4，通过联轴器4联接传动单元； 传动单元包括导轨5、滑块6、滚珠丝杠7与丝杠支撑座8；剪切单元包括夹持 器9与刀片10，利用夹持器9夹持包裹有树脂的纤维试样一端，测试仪启动后， 在伺服电机1的作用下，滚珠丝杠7带动夹持器9运动，再通过刀片10刮脱包 裹在纤维上的树脂；检测单元包括力传感器11与位移传感器12，可显示应力值与应变值，并绘制应力-应变曲线。
如图1所示，由控制单元(包括控制屏16)控制检测单元(包括力传感器 11和位移传感器12)的信息采集与驱动单元(包括伺服电机1和减速机2)的 运作，启动工作模式后，连接驱动单元的传动单元(包括导轨5、滑块6和滚珠 丝杠7)开始带动剪切单元(包括夹持器9和刀片10)运动。在此过程中，检测 单元将负责检测驱动单元与剪切单元所产生的数据信息，并将信号反馈给控制单 元，在控制屏上显示测试数据，再利用传感器的数据采集卡将数据导入到计算机 内，最终得到纤维/树脂界面剪切应力-应变曲线图。
如图2所示，本发明包括由伺服电机1、减速机2、减速机安装座3、联轴 器4构成的驱动单元，其通过联轴器4与滚珠丝杠7联接，滚珠丝杠7两侧配有 丝杠支撑座8，中间穿过模块一13，而模块一13、力传感器11、模块二14、夹 持器9依次连接。
如图3所示，出于安全考虑，工作单元整体设置于框架件25的内部，外部 设置了挡板，包括左侧板20、底板21、顶板22、右侧板23和背板24，其中， 控制屏16安装于电机挡板19上。出于安全考虑，还设置了工作挡板17，利用 转轴18实现其开关的功能。
如图4所示，可以看到纤维/树脂界面剪切应力测试仪各个零部件的安装位 置及连接方式。
本发明使用时，可以采取以下测试步骤：
1.接好电源，打开工作挡板17，旋转夹持器9旋钮，将提前制好的纤维/树 脂试样一端用夹持器9夹持住，树脂一端与刀片10相接触；
2.按下控制屏16中的启动按钮，在驱动单元与传动单元的作用下，夹持器 9向前做直线运动，刀片开始刮脱树脂；
3.待刀片10将树脂完全刮脱时，记录下此时的应力与应变值，并导入至计 算机内，形成剪切应力-应变曲线。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的 限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下， 还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡 熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上 所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等 效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的 更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：包括控制单元、驱动单元、传动单元、检测单元和剪切单元；控制单元与驱动单元连接；控制单元与检测单元连接；驱动单元通过传动单元与剪切单元连接，剪切单元上设有检测单元；所述剪切单元设有用于夹持待测样品的夹持器和用于剪切待测样品的刀片。
2.如权利要求1所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述剪切单元包括模块一、模块二、模块三、夹持器和刀片；所述模块二的一端设有夹持器，模块二的另一端与模块一连接；模块三上设有与模块二直线运动方向垂直的刀片。
3.如权利要求2所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述检测单元包括力传感器和位移传感器；所述模块二与模块一之间设有力传感器；所述模块二上设有位移传感器。
4.如权利要求3所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述传动单元包括导轨、滑块、滚珠丝杠和丝杠支撑座；所述滚珠丝杠的一端穿过模块一与丝杠支撑座连接；模块一中设有与滚珠丝杠相配合用于模块一移动的螺纹；模块一通过滑块与导轨连接；模块二通过滑块与导轨连接。
5.如权利要求4所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述驱动单元包括伺服电机、减速机、减速机安装座和联轴器；减速机安装座内设有减速机；伺服电机通过减速机与联轴器的一端连接，联轴器的另一端与滚珠丝杠的另一端连接。
6.如权利要求5所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述伺服电机设为直流无刷伺服电机，所述减速机设为齿轮减速机。
7.如权利要求6所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述夹持器设有用于夹持待测样品的凹槽。
8.如权利要求7所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述刀片设为可以更换形式。
9.如权利要求8所述的一种纤维/树脂界面剪切应力测试仪，其特征在于：所述力传感器设为拉应力双向传感器，所述位移传感器设为激光位移传感器。
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