CN112857978A - 一种复合材料层合板双向压缩试验夹具 - Google Patents

一种复合材料层合板双向压缩试验夹具 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合材料层合板双向压缩试验夹具，用于夹持压缩试件，包括：底座，包括均具有凹槽的上座体和下座体，且上座体固定有上滑块，下座体上固定有下滑块；以及框架，包括设置于上座体和下座体之间的左框架和右框架，且左框架的内侧固定有用于带动左框架在上滑块和下滑块上移动的左移动滑块，右框架的内侧固定有用于带动右框架在上滑块和下滑块上移动的右移动滑块，其中，左框架和右框架的底端均具有与下座体的凹槽内向下凸出第一凸起部相配合的第二凸起部，且通过左框架和右框架在下座体的凹槽内左右滑动来调节距离。本发明的夹具能保证压缩试件能够均匀承受面内双向压缩载荷，适用于不同尺寸压缩试件的双向压缩试验使用。

Description

一种复合材料层合板双向压缩试验夹具
技术领域
本发明属于纤维增强复合材料试验技术领域，具体涉及一种复合材料层合板双向压缩试验夹具。
背景技术
纤维增强复合材料在现代航空航天结构中被越来越广泛的应用。只有准确掌握复合材料的基本力学性能，才能充分利用其性能优势，设计性能更加优越的先进复合材料结构。复合材料有着不同于金属材料的力学特性，因此需要研究复合材料在复杂应力状态下的力学响应。通过复合材料层合板双向压缩试验，可以研究材料在纵向压缩和横向压缩联合应力状态下的力学响应和强度性能。
测定复合材料层合板在压缩载荷作用下的力学性能的试验，是复合材料性能试验的基本方法之一。试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积，称为压缩强度极限或抗压强度。压缩强度是一个重要力学指标，它表征材料抵抗压缩载荷而不失效的能力，对于材料的设计、使用等均非常重要。
关于含缺陷航空复合材料受面内载荷的损伤机理和剩余强度的研究大都仅关注单向受载情况。然而，实际的航空复合材料大多是在双向或多向应力状态下工作的，单一方向的承载能力预测可能会高估含缺陷复合材料的力学性能。由于复合材料单层的各项异性，复杂双向载荷下复合材料的破坏模式受纵向和横向载荷比的影响，导致复合材料在双向载荷作用下的损伤机理和剩余强度预测更为复杂。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种复合材料层合板双向压缩试验夹具。
本发明提供了一种复合材料层合板双向压缩试验夹具，用于夹持不同尺寸的压缩试件，具有这样的特征，包括：底座，包括均具有凹槽的上座体和下座体，且上座体固定有2个上滑块，下座体上固定有2个下滑块；以及框架，包括设置于上座体和下座体之间的左框架和右框架，且左框架的内侧固定有2个并列设置并用于带动左框架在上滑块和下滑块上移动的左移动滑块，右框架的内侧固定有2个并列设置并用于带动右框架在上滑块和下滑块上移动的右移动滑块，其中，左框架和右框架的底端均具有与下座体的凹槽内向下凸出的第一凸起相配合的第二凸起，且通过左框架和右框架在下座体的凹槽内左右滑动来调节距离。
在本发明提供的复合材料层合板双向压缩试验夹具中，还可以具有这样的特征：其中，每个上滑块通过4个内六角螺栓固定于上滑块上，每个下滑块通过4个内六角螺栓固定于下滑块上，每个左移动滑块通过2个内六角螺栓固定于左框架上，每个右移动滑块通过2个内六角螺栓固定于右框架上，上滑块、下滑块、左移动滑块以及右移动滑块上均设有用于内六角螺栓穿过的孔，且该孔均为长圆形孔。
在本发明提供的复合材料层合板双向压缩试验夹具中，还可以具有这样的特征：其中，左移动滑块与右移动滑块的长度相同，均比压缩试件的长度小5mm。
在本发明提供的复合材料层合板双向压缩试验夹具中，还可以具有这样的特征：其中，左框架和右框架的上下两端均设置于上座体和下座体的凹槽内，该凹槽的宽度与左框架以及右框架的宽度相同。
在本发明提供的复合材料层合板双向压缩试验夹具中，还可以具有这样的特征：其中，左移动滑块以及右移动滑块均为可拆卸滑块。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的复合材料层合板双向压缩试验夹具，因为具有上座体、下座体、左框架以及右框架，所以能够夹紧压缩试件；因为上座体和下座体上均具有凹槽，且左框架和右框架的底端均具有与下座体的凹槽内向下凸出第一凸起相配合的第二凸起，所以能够保证左框架和右框架在安装、使用过程中始终与下底座贴合，不会因外力与下底座脱离。
因此，本发明的复合材料层合板双向压缩试验夹具能够解决目前的压缩试验夹具仅支持单向加载方式的不足，使具有不同宽度、厚度的非标准压缩式样同时承受纵向和横向压缩载荷，同时还能根据不同压缩试件的尺寸调节横框架和滑块间距，从而扩大试样尺寸的限定范围，并且使用方法简单，易于加工，拆装方便，在能够保证测试精度的前提下实现灵活更换试样，降低测试成本，提高实验效率，还能实现准确测量试件在复合应力状态下的压缩性能，为先进复合材料在飞机结构中的应用提供准确可靠的试验数据支持。
附图说明
图1是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的爆炸示意图；
图2是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的立体示意图；
图3是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有上滑块的上座体的爆炸示意图；
图4是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有上滑块的上座体的立体示意图；
图5是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的上座体立体示意图；
图6是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有下滑块的下座体的爆炸示意图；
图7是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有下滑块的下座体的立体示意图；
图8是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的下座体的主视图；
图9是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有移动滑块的框架的爆炸示意图；
图10是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有移动滑块的框架的立体示意图；
图11是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的框架的主视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的爆炸示意图，图2是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的立体示意图。
如图1和图2所示，本实施例提供一种复合材料层合板双向压缩试验夹具100，用于夹持不同尺寸的压缩试件10，包括：底座以及框架。
图3是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有上滑块的上座体的爆炸示意图，图4是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有上滑块的上座体的立体示意图，图5是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的上座体立体示意图，图6是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有下滑块的下座体的爆炸示意图，图7是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有下滑块的下座体的立体示意图，图8是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的下座体的主视图。
如图1-图8所示，底座包括均具有凹槽(图中未示出)的上座体1和下座体2，且上座体1固定有2个上滑块3，下座体2上固定有下滑块4。
本实施例中，每个上滑块通过2个内六角螺栓固定于上滑块上，每个下滑块通过2个内六角螺栓固定于下滑块上。
图9是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有移动滑块的框架的爆炸示意图，图10是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的固定有移动滑块的框架的立体示意图，图11是本发明的实施例中复合材料层合板双向压缩试验夹具的框架的主视图。
如图1、图2以及图9-图11所示，框架包括设置于上座体1和下座体2之间的左框架5和右框架6，且左框架5的内侧固定有2个并列设置并用于带动左框架5在上滑块3和下滑块4上移动的左移动滑块7，右框架6的内侧固定有2个并列设置并用于带动右框架6在上滑块3和下滑块4上移动的右移动滑块8。
本实施例中，左移动滑块7以及右移动滑块8均为可拆卸滑块，当拆卸左框架5和右框架6上的左移动滑块7以及右移动滑块8后，压缩试件10的纵向边由于没有滑块的约束，可模拟出自由边界条件。
本实施例中，左框架5和右框架6的上下两端均设置于上座体1和下座体2的凹槽内，左框架5和右框架6可根据压缩试件10的宽度，在凹槽中左右移动调节间距和压缩试件10的中心位置，另外，该凹槽的宽度与左框架5以及右框架6的宽度相同，从而保证加载过程中，左框架5以及右框架6不会在凹槽中晃动，此外，下底座2与左框架5以及右框架6直接接触并始终保持接触状态，而上底座1并未直接与左框架5以及右框架6接触，并且左框架5和右框架6可在上座体1、下座体3的凹槽中左右滑动，从而可实现横向加载，同时能保证左框架5和右框架6始终沿直线运动，避免压缩过程中发生翘曲。
本实施例中，每个左移动滑块通过2个内六角螺栓9固定于左框架5上，每个右移动滑块通过2个内六角螺栓9固定于右框架6上，且左移动滑块7与右移动滑块8的长度相同，由于5mm的间距通常大于大部分复合材料层合板的极限压缩位移，所以左移动滑块7与右移动滑块8的均比压缩试件10的长度小5mm，使上底座1与左框架5以及右框架6之间预留5mm左右的间距，这样压缩试件10能够承受来自上底座1的压缩载荷。
本实施例中，左框架5和右框架6的底端均具有与下座体2的凹槽内向下凸出的第一凸起(图中未示出)相配合的第二凸起(图中未示出)，使左框架5和右框架6能够与下底座2配合的同时，从而保证左框架5和右框架6在安装、使用过程中始终与下座体2贴合，不会因为外力与下座体2脱离，且通过左框架5和右框架6在下座体2的凹槽内左右滑动来调节距离，以满足不同宽度的压缩试件10的夹持要求，其中，第一凸起和第二凸起配合后仅可允许框架在底座的凹槽左右移动，且凹槽的底部并不是全凹进去的，同时，第一凸起的尺寸大于框架底部的第二凸起的尺寸。
本实施例中，上滑块3、下滑块4、左移动滑块7以及右移动滑块8上均设有用于内六角螺栓9穿过的孔，且该孔均为长圆形孔，长圆形孔的直径稍大于内六角螺栓9的直径，在未固定上滑块3、下滑块4、左移动滑块7以及右移动滑块8前，各滑块可沿长圆形孔的长度方向移动，当内六角螺栓9被拧松时，滑块的长圆形孔可穿过内六角螺栓9来回移动，从而能够和压缩试件10紧密贴合，同时能适用于夹持不同厚度的压缩试件10。
此外，上座体1、下座体2、左框架5和右框架6均开设有用于与内六角螺栓9配合的螺纹孔，内六角螺栓9从螺纹孔旋入。装载压缩试件10时，需事先固定好某一侧的滑块，压缩试件10与该滑块内侧紧密贴合，然后，滑动另一侧的滑块与压缩试件10接触，并用力按住滑块使压缩试件被完全固定后，慢慢拧紧内六角螺栓9。
如图2和图4所示，本实施例中的压缩试件10设置于上座体1、下座体2、左框架5和右框架6包围的矩形框中，且该压缩试件10根据ASTM7137规范，其长度为150mm，左框架5和右框架6的长度为145mm。上底座1与左框架4以及右框架6之间的间距均为5mm，横向载荷由上座体1慢慢传递到压缩试件10，直至压缩试件10彻底破坏。压缩试件10材料不同，最大压缩位移往往也不同，但通常远小于5mm。
本实施例的复合材料层合板双向压缩试验夹具的安装过程：
本实施例的复合材料层合板双向压缩试验夹具100在安装时，首先推动左框架5和右框架6至上座体1和下座体2的滑槽中，放置压缩试件100，而后移动下座体2上的下滑块4加紧压缩试件10，并拧紧下滑块4上的内六角螺栓9，然后分别移动左移动滑块7和右移动滑块8夹紧压缩试件10，拧紧内六角螺栓9固定压缩试件10，最后安装上座体1至左框架5、右框架6以及压缩试件10的上端，拧紧上滑块3上的内六角螺栓9，最终固定所有的底座和框架。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的复合材料层合板双向压缩试验夹具，因为具有上座体、下座体、左框架以及右框架，所以能够夹紧压缩试件；因为上座体和下座体上均具有凹槽，且左框架和右框架的底端均具有与下座体的凹槽内向下凸出第一凸起相配合的第二凸起，所以能够保证左框架和右框架在安装、使用过程中始终与下底座贴合，不会因外力与下底座脱离。
根据本实施例所涉及的复合材料层合板双向压缩试验夹具，因为左移动滑块与右移动滑块的长度相同，且均比压缩试件的长度小5mm，所以能够使得上底座与左框架以及右框架之间预留了5mm左右的间距，从而使得压缩试件能够承受来自上底座的压缩载荷。
根据本实施例所涉及的复合材料层合板双向压缩试验夹具，因为上滑块、下滑块、左移动滑块以及右移动滑块上均设有用于内六角螺栓穿过的孔，且该孔为长圆形孔，所以当内六角螺栓被拧松时，长圆形孔可穿过内六角螺栓来回移动，从而能够和压缩试件紧密贴合，同时能适用于夹持不同厚度的压缩试件。
根据本实施例所涉及的复合材料层合板双向压缩试验夹具，因为凹槽的宽度与左框架以及右框架的宽度相同，所以能够保证加载过程中，左框架和右框架不会在凹槽中晃动。
因此，本实施例的复合材料层合板双向压缩试验夹具能够解决目前的压缩试验夹具仅支持单向加载方式的不足，使具有不同宽度、厚度的非标准压缩式样同时承受纵向和横向压缩载荷，同时还能根据不同压缩试件的尺寸调节横框架和滑块间距，从而扩大试样尺寸的限定范围，并且使用方法简单，易于加工，拆装方便，在能够保证测试精度的前提下实现灵活更换试样，降低测试成本，提高实验效率，还能实现准确测量试件在复合应力状态下的压缩性能，为先进复合材料在飞机结构中的应用提供准确可靠的试验数据支持。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种复合材料层合板双向压缩试验夹具，用于夹持不同尺寸的压缩试件，其特征在于，包括：
底座，包括均具有凹槽的上座体和下座体，且所述上座体固定有2个上滑块，所述下座体上固定有2个下滑块；以及
框架，包括设置于所述上座体和所述下座体之间的左框架和右框架，且所述左框架的内侧固定有2个并列设置并用于带动所述左框架在所述上滑块和所述下滑块上移动的左移动滑块，所述右框架的内侧固定有2个并列设置并用于带动所述右框架在所述上滑块和所述下滑块上移动的右移动滑块，
其中，所述左框架和所述右框架的底端均具有与所述下座体的所述凹槽内向下凸出的第一凸起相配合的第二凸起，且通过所述左框架和所述右框架在所述下座体的所述凹槽内左右滑动来调节距离。
2.根据权利要求1所述的复合材料层合板双向压缩试验夹具，其特征在于：
其中，每个所述上滑块通过2个内六角螺栓固定于所述上滑块上，
每个所述下滑块通过2个所述内六角螺栓固定于所述下滑块上，
每个所述左移动滑块通过2个内六角螺栓固定于所述左框架上，
每个所述右移动滑块通过2个所述内六角螺栓固定于所述右框架上，
所述上滑块、所述下滑块、所述左移动滑块以及所述右移动滑块上均设有用于所述内六角螺栓穿过的孔，且该孔均为长圆形孔。
3.根据权利要求1所述的复合材料层合板双向压缩试验夹具，其特征在于：
其中，所述左移动滑块与所述右移动滑块的长度相同，均比所述压缩试件的长度小5mm。
4.根据权利要求1所述的复合材料层合板双向压缩试验夹具，其特征在于：
其中，所述左框架和所述右框架的上下两端均设置于所述上座体和所述下座体的所述凹槽内，该凹槽的宽度与所述左框架以及所述右框架的宽度相同。
5.根据权利要求1所述的复合材料层合板双向压缩试验夹具，其特征在于：
其中，所述左移动滑块以及所述右移动滑块均为可拆卸滑块。
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