CN113376083B - 一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统。包括湿热循环试验夹具外层、湿热循环试验夹具内层、复合材料上端卡槽、复合材料下端卡槽、湿热循环试验夹具支柱、湿热循环试验夹具挡板、定位夹具、湿热定位膨胀块。本发明可以使复合材料在竖直放置在湿热试验箱中，避免因其他因素造成对复合材料表面的损伤，并且可以保证复合材料的各个表面充分接触湿热环境，从而保证湿热循环实验的可靠性。同时还具有结构简单，使用方便，便于生产加工的优点。

Description

一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统

技术领域

本发明属于碳复合材料领域，有关于一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统。

背景技术

现代军事技术的发展对军事装备的高强度、高韧性及轻量化特征提出了更高要求，复合材料的大面积使用将成为军用飞机等装备的设计趋势。随着我国航母战斗群的形成以及军机技术的成熟，也对我国新型军机在海域环境下的长期稳定服役能力提出了要求，越来越多的出海训练及护航任务使得军机在海域上空等典型湿热环境下的飞行成为常态。复合材料在军机常见的湿热服役环境下易存在老化问题，导致短期内材料性能因退化而不能再满足服役要求。同时，军机飞行环境复杂，飞行过程中如受子弹等的冲击将对结构材料造成威胁。因此对于复合材料在湿热条件下受冲击的实验以及材料的失效机理研究十分有必要。研究复合材料在湿热环境下的冲击及性能分析的首要步骤是进行湿热循环试验。湿热循环试验在湿热试验箱中进行，为了便于碳纤维复合材料的存放和湿热环境的监控，需要开发一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统。但是高温热环境中，电器类的传感器容易失效和相关装置很容易失效。此外，夹板中各处的环境也具有不均一性，导致有些材料达到了预设的湿热环境要求，有些没有达到，导致会取出一些没有达到预设湿热环境要求的原料，导致较大的试验误差。所述高温热环境：温度为30℃~60℃，相对湿度为95%±5%。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，解决了在现有循环湿热实验中，纤维增强材料不好在湿热试验箱中摆放的问题，同时保证了复合材料充分接触湿热环境，提高湿热循环实验的准确性。并可以对每一块复合材料试件所处的湿热环境进行智能监控，

为实现上述功能本发明的装置特征如下：

一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，包括湿热循环试验夹具外层1和湿热循环试验夹具内层2；湿热循环试验夹具外层1和湿热循环试验夹具内层2之间安装有湿热循环试验夹具支柱5；湿热循环试验夹具外层1上成形有若干复合材料上端卡槽3，湿热循环试验夹具内层2顶面成形有若干复合材料下端卡槽4；复合材料下端卡槽4处安装有定位夹具6；所述定位夹具6包括放置在复合材料下端卡槽4内的湿热定位膨胀块7，所述定位夹具6包括处于湿热定位膨胀块7上方且处于复合材料下端卡槽4内的中心夹板6.1，中心夹板6.1铰接连接有两个连杆6.4，两个连杆6.4分别铰接连接有左夹板6.2和右夹板6.3，左夹板6.2和右夹板6.3与湿热循环试验夹具内层2滑动连接。

进一步的改进，所述复合材料上端卡槽3和复合材料下端卡槽4的截面为矩形。

进一步的改进，所述左夹板6.2和右夹板6.3均通过滑块与湿热循环试验夹具内层2滑动连接，湿热循环试验夹具内层2上成形有与滑块配合的燕尾槽，滑块与燕尾槽过盈配合。

进一步的改进，所述复合材料上端卡槽3的长宽尺寸大于实验样件尺寸的长宽尺寸。

进一步的改进，所述湿热循环试验夹具支柱5处于湿热循环试验夹具外层1和湿热循环试验夹具内层2的四角。

进一步的改进，所述湿热循环试验夹具外层1和湿热循环试验夹具内层2为倒V形或圆拱形。

进一步的改进，所述湿热定位膨胀块7和中心夹板6.1形成有间隙；湿热定位膨胀块7与复合材料下端卡槽4侧壁之间成形有间隙或中心夹板6.1上成形有若干透气孔。

进一步的改进，所述湿热定位膨胀块7为吸水膨胀树脂或吸水膨胀橡胶制成。

进一步的改进，所述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统均为非金属材料制成。

本发明的装置具有如下优点：

(1)上述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统内部上下各开槽，可以确保复合材料竖直地放置在湿热循环试验箱中，可以避免因平放或其他原因导致复合材料表面受损。

(2)上述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统结构简单，使用方便，便于生产加工。

(3)上述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统的四周全部打通，只保留四个支柱维持稳定性，可以使复合材料充分接触到湿热环境中。

(4)上述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统内部的上端开槽尺寸大于下端开槽，且上端开槽为通孔，可以便于复合材料放入到该湿热循环试验夹具中。

(5)上述定位夹具在低温低湿的条件下可以很好地加紧用于试验的复合材料。但当复合材料达到试验要求时（即温度和湿度满足要求后），定位夹具的夹紧作用就会减弱，将复合材料试件释放，方便取出满足试验要求的复合材料。而尚未达到湿热循环试验要求的试件就会被卡紧而无法取出

(6)上述湿热定位膨胀块在湿热条件下会膨胀，可根据不同的湿热试验要求定制不同的膨胀块，可换性强。

(7)上述湿热循环试验夹夹具中的复合材料所处的湿热条件可以从它的竖直高度估计。

(8)上述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统材料全部采用非金属材料，可以有效避免金属材料在湿热环境中的生锈问题。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，在附图中：

图1为一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统轴测图以及主视图；

图2为定位夹具和膨胀块的工作原理图；

图3为定位夹具和湿热定位膨胀块的工作示意图；

图4为定位夹具和湿热定位膨胀块的工作流程图；

通过附图可以直观的看出来此带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，包括湿热循环试验夹具外层1、湿热循环试验夹具内层2、复合材料上端卡槽3、复合材料下端卡槽4、湿热循环试验夹具支柱5、定位夹具6、湿热定位膨胀块7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1-4所示，一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，包括湿热循环试验夹具外层1和湿热循环试验夹具内层2；湿热循环试验夹具外层1和湿热循环试验夹具内层2之间安装有湿热循环试验夹具支柱5；湿热循环试验夹具外层1成形有复合材料上端卡槽3，湿热循环试验夹具内层2顶面成形有复合材料下端卡槽4。复合材料下端卡槽4内安装有定位夹具6。定位夹具6下方嵌有湿热定位膨胀块7。

该复合材料湿热循环试验夹具的具体工作过程为：

湿热试验开始前，将实验样件从上湿热循环试验夹具外层1上的纤维复合增强材料上端卡槽3的开孔处插入，通过调整试件的偏转角度以及垂直位置，将试件的另一端插入湿热循环试验夹具内层2上的复合材料下端卡槽4。试件挤压定位夹具6，导致试件被卡紧固定。此时定位夹具6未接触到湿热定位膨胀块7，湿热定位膨胀块7反映的是环境温度和环境湿度。由于湿热循环试验夹具5只存在于湿热循环试件夹具外层1和湿热循环试件夹具内层2的四角，因此试件的绝大部分可以暴露于湿热环境之中。

湿热试验完成后，湿热定位膨胀块7受湿热条件影响膨胀，接触到并将定位夹具6顶起，致使定位夹具6不再具有夹紧试件的作用，可以轻易将试件取出。需要注意的是，由于湿热定位膨胀块7的特性，只有满足目标湿热条件的试件可被取出，未满足目标的试件仍会被夹板6夹紧。各试件相互独立，互不影响，处于同样的湿热环境之中。

定位夹具和湿热定位膨胀块的工作原理为：将单一试件插入复合材料下端卡槽4时，来自试件的推力使中心夹板6.1向下运动，中心夹板6.1与左夹板6.2、右夹板6.3通过连杆6.4连接，当中心夹板6.1向下运动时，左夹板6.2和右夹板6.3分别被连杆6.4带动水平向右、水平向左运动，运动到一定程度时即夹紧复合材料试件。此时，湿热定位膨胀块并不与中心夹板6.1接触。湿热循环试验进行时，湿热定位膨胀块受热膨胀、吸水膨胀或是受控制膨胀，体积增大并与中心夹板6.1接触，中心夹板6.1被湿热定位膨胀块7顶起，竖直向上运动，左夹板6.2和右夹板6.3分别被连杆6.4带动水平向左、水平向右运动。复合材料试件被释放，可以从复合材料下端卡槽4中取出。 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的装置，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的装置，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，包括湿热循环试验夹具外层（1）和湿热循环试验夹具内层（2）；湿热循环试验夹具外层（1）和湿热循环试验夹具内层（2）之间安装有湿热循环试验夹具支柱（5）；湿热循环试验夹具外层（1）上成形有若干复合材料上端卡槽（3），湿热循环试验夹具内层（2）顶面成形有若干复合材料下端卡槽（4）；复合材料下端卡槽（4）处安装有定位夹具（6）；所述定位夹具（6）包括放置在复合材料下端卡槽（4）内的湿热定位膨胀块（7），所述定位夹具（6）包括处于湿热定位膨胀块（7）上方且处于复合材料下端卡槽（4）内的中心夹板（6.1），中心夹板（6.1）铰接连接有两个连杆（6.4），两个连杆（6.4）分别铰接连接有左夹板（6.2）和右夹板（6.3），左夹板（6.2）和右夹板（6.3）与湿热循环试验夹具内层（2）滑动连接；

定位夹具和湿热定位膨胀块的工作方式为：将单一试件插入复合材料下端卡槽（4）时，来自试件的推力使中心夹板（6.1）向下运动，中心夹板（6.1）与左夹板（6.2）、右夹板（6.3）通过连杆（6.4）连接，当中心夹板（6.1）向下运动时，左夹板（6.2）和右夹板（6.3）分别被连杆（6.4）带动水平向右、水平向左运动，运动到一定程度时即夹紧复合材料试件，此时，湿热定位膨胀块并不与中心夹板（6.1）接触；湿热循环试验进行时，湿热定位膨胀块受热膨胀、吸水膨胀或是受控制膨胀，体积增大并与中心夹板（6.1）接触，中心夹板（6.1）被湿热定位膨胀块（7）顶起，竖直向上运动，左夹板（6.2）和右夹板（6.3）分别被连杆（6.4）带动水平向左、水平向右运动，试件被释放。

2.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述复合材料上端卡槽（3）和复合材料下端卡槽（4）的截面为矩形。

3.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述左夹板（6.2）和右夹板（6.3）均通过滑块与湿热循环试验夹具内层（2）滑动连接，湿热循环试验夹具内层（2）上成形有与滑块配合的燕尾槽，滑块与燕尾槽过盈配合。

4.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述复合材料上端卡槽（3）的长宽尺寸大于实验样件尺寸的长宽尺寸。

5.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述湿热循环试验夹具支柱（5）处于湿热循环试验夹具外层（1）和湿热循环试验夹具内层（2）的四角。

6.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述湿热循环试验夹具外层（1）和湿热循环试验夹具内层（2）为倒V形或圆拱形。

7.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述湿热定位膨胀块（7）和中心夹板（6.1）形成有间隙；湿热定位膨胀块（7）与复合材料下端卡槽（4）侧壁之间成形有间隙或中心夹板（6.1）上成形有若干透气孔。

8.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述湿热定位膨胀块（7）为吸水膨胀树脂或吸水膨胀橡胶。

9.如权利要求1所述的带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统，其特征在于，所述带定位夹具的复合材料湿热循环试验系统均为非金属材料制成。

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