CN113049407A - 一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于材料性能测试技术领域，特别涉及一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置。包括：夹具底座、转接头、试样、可调节锁紧块、锁紧块紧固件、夹块以及夹持紧固件。本申请的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，通过锁紧块紧固件带动可调节锁紧块对试样上下端面提供端部支持，同时通过拧紧夹持紧固件对试样两侧施加侧面夹持力，改善了现有测试方法仅靠端部或侧面支持的局限性，提高了试样端部在夹持时的承载能力，此外加载形式为通过拉伸位移产生剪切载荷，排除了夹具行程的限制，可以实现对各类特别是大变形、大载荷和易压溃的复合材料剪切性能的测量。

Description

一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置

技术领域

本申请属于材料性能测试技术领域，特别涉及一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置。

背景技术

剪切性能是材料的一项重要指标，当材料受到一对大小相等、方向相反且不在一条直线上的载荷作用时，将在截面处产生剪切力。

ASTM D 5379、ASTM D 7078等国外标准，GB/T 28889、GB/T 30970等国内标准提出了多种测试材料剪切性能的试验方法，其中试验夹具设计和剪切载荷引入方式是各标准的核心内容，可以分为两大类：(1)通过侧面夹持施加拉伸载荷法测量材料的剪切性能。试验时拧紧左右对称夹具上的紧固件，利用紧固件的预紧力夹紧试样夹持段，通过试验机施加拉伸载荷在试样左右两侧形成位移差，使缺口位置产生剪切载荷。该方法所有载荷均由紧固件预紧后夹持试样产生的夹持力提供，在测量破坏载荷较大的试样时，为了避免试样在夹具中打滑，紧固件需要很高的拧紧力矩，易导致试样与紧固件接触位置出现损伤或试样表面层脱落，无法获得理想的测试结果。(2)通过端部支持施加压缩载荷法测量材料的剪切性能。试验时拧紧左右夹具上的可调节锁紧块，利用锁紧块将试样夹持段固定在试验夹具中，通过对试验夹具施加压缩载荷在试样左右两侧形成位移差，在缺口位置产生剪切载荷。该方法一方面由于试验夹具行程限制，在试验中当试样变形量较大时可能出现无法加载至试样破坏，另一方面所有的载荷均通过试样端部施加，受力面积较小，对于强度较低、易压溃的试样易出现端部压塌，无法获得理想的破坏模式。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，包括：

夹具底座，包括两个，两个所述夹具底座呈中心对称设置，所述夹具底座上开设有U型槽，所述夹具底座的U型槽槽口一端设置有加载部，所述加载部与试验机连接，U型槽的槽底开设有与所述U型槽连通的第二螺纹孔，U型槽侧壁上开设有第三螺纹孔；

试样，所述试样的两端分别设置在对应所述夹具底座的U型槽中，所述试样上设置有对称的V形缺口；

可调节锁紧块，所述可调节锁紧块呈楔形，具有斜面端以及与所述斜面端相对的水平面端，所述可调节锁紧块设置在所述U型槽中，所述斜面端抵接所述U型槽的槽壁，所述水平面端抵接所述试样，所述可调节锁紧块上还开设有安装孔；

锁紧块紧固件，所述锁紧块紧固件穿过所述夹具底座的第二螺纹孔与所述可调节锁紧块的安装孔配合连接；

夹块，所述夹块设置在所述U型槽中，所述夹块的一端抵接所述试样，另一端开设有凹槽；

夹持紧固件，所述夹持紧固件穿过所述夹具底座的第三螺纹孔与所述夹块的凹槽配合连接。

可选地，还包括转接头，所述加载部的外侧开设有第一螺纹孔，所述转接头的一端与所述第一螺纹孔螺接，另一端与试验机连接。

可选地，还包括试样对中块，所述夹具底座的加载部的内侧开设有与所述第一螺纹孔轴线重合的对中槽，所述试样对中块的一端设置在所述夹具底座的对中槽中，另一端与所述试样的V形缺口对齐。

可选地，所述夹具底座的第二螺纹孔以及所述可调节锁紧块的安装孔的轴线均与所述可调节锁紧块的斜面端平行。

可选地，所述锁紧块紧固件包括螺纹段以及光杆段，所述锁紧块紧固件通过螺纹段与所述夹具底座的第二螺纹孔螺纹连接，通过光杆段与所述可调节锁紧块的安装孔连接。

可选地，所述锁紧块紧固件还设置有连接头。

可选地，所述锁紧块紧固件的光杆段与所述可调节锁紧块的安装孔通过两个轴销配合连接。

可选地，所述夹具底座的U型槽的两个侧壁上均开设有第三螺纹孔，每个所述夹具底座的U型槽中设置2个所述夹块，一个所述夹块抵接所述试样的前侧，另一个所述夹块抵接所述试样的后侧。

可选地，每个所述U型槽的侧壁上的第三螺纹孔以及所述夹块上的凹槽均对应开设两个，每个所述夹块分别配合两个所述夹持紧固件进行连接。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，结合了侧面夹持和端部支持两种方式，将载荷通过组合加载的形式引入试样，有效降低了试样夹持段出现异常损伤及压塌破坏的风险，同时从根本上取消了试验过程中加载位移的限制，可以实现对大变形、大载荷和易压溃的复合材料剪切性能的测量。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置整体示意图；

图2是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置正视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置侧视图；

图5是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置俯视图；

图6是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的夹具底座整体示意图；

图7是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的夹具底座正面剖视图；

图8是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的夹具底座侧视图；

图9是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的夹具底座俯视图；

图10是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的可调节锁紧块正面剖视图；

图11是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的可调节锁紧块辅助视图；

图12是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的夹块正视图；

图13是本申请一个实施方式的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置的夹块俯视图。

其中：

1-转接头；2-锁紧块紧固件；3-夹具底座；4-可调节锁紧块；5-试样对中块；6-夹块；7-轴销；8-夹持紧固件；9-试样。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图13对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，包括：夹具底座3、转接头1、试样9、可调节锁紧块4、锁紧块紧固件2、夹块6以及夹持紧固件8。

具体的，如图1至5所示，夹具底座3是试验装置的核心零部件，包括两个，两个夹具底座3呈中心对称设置，夹具底座3上开设有U型槽，夹具底座3的U型槽槽口一端设置有加载部，加载部的外侧开设有第一螺纹孔，U型槽的槽底开设有与U型槽连通的第二螺纹孔，U型槽侧壁上开设有第三螺纹孔。本实施例中，还包括转接头1，转接头1的一端与夹具底座3的第一螺纹孔螺接固定，另一端与试验机连接，转接头1能够传递试验机的拉伸载荷。

其中，试样9的两端分别设置在对应夹具底座3的U型槽中，试样9上设置有对称的V形缺口。可调节锁紧块4以及锁紧块紧固件2用于试样9的端部支持，可调节锁紧块4呈楔形，具有斜面端以及与斜面端相对的水平面端，可调节锁紧块4设置在U型槽中，斜面端抵接U型槽的槽壁，水平面端抵接试样9，可调节锁紧块4上还开设有安装孔；锁紧块紧固件2穿过夹具底座3的第二螺纹孔与可调节锁紧块4的安装孔配合连接；

进一步，还包括用于试样9侧面支持的夹块6以及夹持紧固件8，夹块6设置在U型槽中，夹块6的一端抵接试样9，另一端开设有凹槽；夹持紧固件8穿过夹具底座3的第三螺纹孔与夹块6的凹槽配合连接。

在本申请的一个优选实施例中，还包括试样对中块5，夹具底座3的加载部的内侧开设有与第一螺纹孔轴线重合的对中槽，试样对中块5的一端设置在夹具底座3的对中槽中，另一端与试样9的V形缺口对齐，试样对中块5利用试样9上的V形缺口和夹具底座3上的对中槽保持试样9在夹具中的对中安装位置，夹具底座3上的对中槽通过尺寸协调与试样9的V形缺口中心一起位于加载作用线上。

在本申请的一个优选实施例中，夹具底座3的第二螺纹孔以及可调节锁紧块4的安装孔的轴线均与可调节锁紧块4的斜面端平行。夹具底座3的U型槽也具有相适配的斜面，该斜面是对试样9施加端部支持载荷的作用点，与斜面平行的第二螺纹孔用于保持可调节锁紧块4沿着斜面运动，U型槽侧面的第三螺纹孔是对试样9施加侧面支持载荷的作用点。

在本申请的一个优选实施例中，锁紧块紧固件2包括螺纹段以及光杆段，锁紧块紧固件2通过螺纹段与夹具底座3的第二螺纹孔螺纹连接，通过光杆段与可调节锁紧块4的安装孔连接。有利的是，锁紧块紧固件2还设置有连接头。本实施例中，在安装时，将锁紧块紧固件2的光杆段伸入可调节锁紧块4的安装孔中后，通过在孔底楔入两个轴销7固定，可调节锁紧块4的水平面端与试样9端部表面接触提供端部支持，斜面端通过在夹具底座3中U型槽内的斜面上来回移动适配不同尺寸的试样9。

在本申请的一个优选实施例中，夹具底座3的U型槽的两个侧壁上均开设有第三螺纹孔，每个夹具底座3的U型槽中设置2个夹块6，一个夹块6抵接试样9的前侧，另一个夹块6抵接试样9的后侧。其中，每个U型槽的侧壁上的第三螺纹孔以及夹块6上的凹槽均对应开设两个，每个夹块6分别配合两个夹持紧固件8进行连接。本实施例中，夹块6为带有两个圆形凹槽的切边矩形平板，夹块6不开槽的一侧与试样9侧边接触，夹持紧固件8拧紧后将抵住夹块6上的两个圆形凹槽，为试样9提供侧面夹持力。

本申请的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，的装配过程包括：

首先，分别将上、下两部分试验夹具的转接头1与对应的夹具底座3上的第一螺纹孔拧紧，并将锁紧块紧固件2旋入夹具底座3中的第二螺纹孔中，在夹具底座3的U型槽内通过轴销7将其与可调节锁紧块4连接，保持可调节锁紧块4上的斜面与夹具底座3中的斜面接触；

其次，将试样对中块5分别放置于上、下两部分夹具的对中槽中，放入试样9，将试样9上的V形缺口与试样对中块5对齐，保证试样9的V形缺口通过加载轴线，用手拧紧锁紧块紧固件2，将上、下两部分夹具与试样9连接为一个整体；

然后，将夹块6分别放置于上、下两部分夹具的试样9夹持端两侧，共需4个夹块6，夹块6与夹具底座3的水平面接触，并将夹持紧固件8旋入夹具底座3两侧的第三螺纹孔内，调整夹块6的位置使夹持紧固件8伸入夹块6上的圆形凹槽中，测量夹块6至夹具底座3侧面的间隙使试样9对中安装于试样夹具中后，拧紧全部8个夹持紧固件8。

最后，将上、下两部分夹具与试样9的组合体对中夹持于试验机上，对其施加拉伸载荷至试样9破坏，完成复合材料剪切性能试验。

本申请的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，通过锁紧块紧固件2带动可调节锁紧块4对试样9上下端面提供端部支持，同时通过拧紧夹持紧固件8对试样9两侧施加侧面夹持力，改善了现有测试方法仅靠端部或侧面支持的局限性，提高了试样端部在夹持时的承载能力，此外加载形式为通过拉伸位移产生剪切载荷，排除了夹具行程的限制，可以实现对各类特别是大变形、大载荷和易压溃的复合材料剪切性能的测量。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，包括：

夹具底座(3)，包括两个，两个所述夹具底座(3)呈中心对称设置，所述夹具底座(3)上开设有U型槽，所述夹具底座(3)的U型槽槽口一端设置有加载部，所述加载部与试验机连接，U型槽的槽底开设有与所述U型槽连通的第二螺纹孔，U型槽侧壁上开设有第三螺纹孔；

试样(9)，所述试样(9)的两端分别设置在对应所述夹具底座(3)的U型槽中，所述试样(9)上设置有对称的V形缺口；

可调节锁紧块(4)，所述可调节锁紧块(4)呈楔形，具有斜面端以及与所述斜面端相对的水平面端，所述可调节锁紧块(4)设置在所述U型槽中，所述斜面端抵接所述U型槽的槽壁，所述水平面端抵接所述试样(9)，所述可调节锁紧块(4)上还开设有安装孔；

锁紧块紧固件(2)，所述锁紧块紧固件(2)穿过所述夹具底座(3)的第二螺纹孔与所述可调节锁紧块(4)的安装孔配合连接；

夹块(6)，所述夹块(6)设置在所述U型槽中，所述夹块(6)的一端抵接所述试样(9)，另一端开设有凹槽；

夹持紧固件(8)，所述夹持紧固件(8)穿过所述夹具底座(3)的第三螺纹孔与所述夹块(6)的凹槽配合连接。

2.根据权利要求1所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，还包括转接头(1)，所述加载部的外侧开设有第一螺纹孔，所述转接头(1)的一端与所述第一螺纹孔螺接，另一端与试验机连接。

3.根据权利要求2所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，还包括试样对中块(5)，所述夹具底座(3)的加载部的内侧开设有与所述第一螺纹孔轴线重合的对中槽，所述试样对中块(5)的一端设置在所述夹具底座(3)的对中槽中，另一端与所述试样(9)的V形缺口对齐。

4.根据权利要求1所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，所述夹具底座(3)的第二螺纹孔以及所述可调节锁紧块(4)的安装孔的轴线均与所述可调节锁紧块(4)的斜面端平行。

5.根据权利要求1所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，所述锁紧块紧固件(2)包括螺纹段以及光杆段，所述锁紧块紧固件(2)通过螺纹段与所述夹具底座(3)的第二螺纹孔螺纹连接，通过光杆段与所述可调节锁紧块(4)的安装孔连接。

6.根据权利要求5所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，所述锁紧块紧固件(2)还设置有连接头。

7.根据权利要求5所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，所述锁紧块紧固件(2)的光杆段与所述可调节锁紧块(4)的安装孔通过两个轴销(7)配合连接。

8.根据权利要求1所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，所述夹具底座(3)的U型槽的两个侧壁上均开设有第三螺纹孔，每个所述夹具底座(3)的U型槽中设置2个所述夹块(6)，一个所述夹块(6)抵接所述试样(9)的前侧，另一个所述夹块(6)抵接所述试样(9)的后侧。

9.根据权利要求8所述的用于测试复合材料剪切性能的组合加载试验装置，其特征在于，每个所述U型槽的侧壁上的第三螺纹孔以及所述夹块(6)上的凹槽均对应开设两个，每个所述夹块(6)分别配合两个所述夹持紧固件(8)进行连接。

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