CN113418773A - 一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，涉及复合材料载荷与环境耦合服役条件的技术装置领域，包括底板、支座、压头、长螺杆、弹簧、平垫圈和螺母；两个支座通过螺钉与底板紧配，两个长螺杆与底板通过螺纹紧配，压头与两个长螺杆松配可实现上下自由滑动，弹簧套设于长螺杆且置于压头上方，在弹簧远离压头一侧顶部置有平垫圈，螺母通过平垫圈向弹簧传递稳定载荷。在无需其它电子设备的情况下，对复合材料试样在极端环境下提供精确定量的四点弯曲载荷，完成材料在不同服役环境下承受长时稳定的精确四点弯曲载荷的模拟试验，该四点弯曲夹具尺寸较小，结构简单，耐腐蚀不易损坏，可实现一定的加载精度；加载使用方法简单，应用范围较广，可针对不同试样和服役环境要求自行调整测试条件和步骤。

Description

一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具及使用方法

技术领域

本发明涉及复合材料载荷与环境耦合服役条件的技术装置领域，特别是涉及结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法。

背景技术

在现代材料科学与技术的发展历程中，复合材料由于具有质轻高强等固有特性，其应用领域和应用范围越来越广。在实际服役环境下，复合材料往往需要承受弯曲应力的作用，尤其是承受单一压头施加压力的四点弯曲应力。因此对于复合材料在服役环境下承受四点弯曲载荷情况的模拟试验，不仅具有理论意义，更有着实际应用意义。在不同环境条件下，对于复合材料承受长时四点弯曲载荷作用条件的探究较少，主要的难点一方面是无法长时占用力学试验机对复合材料施加四点弯曲载荷作用，另一方面是由于传载器、数字显示器等电子仪器无法在一些极端环境条件下正常工作，使得对复合材料试样的持续四点弯曲载荷与环境作用不能有效进行耦合。

该四点弯曲试验装置可以在高温、低温、高盐、高水压、高辐照环境下，对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料施加准确定量、稳定的四点弯曲载荷，对于复合材料在极端环境下承受四点弯曲载荷情况的模拟试验具有重大意义。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，以在高温、低温、高盐、高水压、高辐照环境下对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料试样施加准确定量的四点弯曲载荷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，包括底板、支座、压头、长螺杆、弹簧、平垫圈和螺母；所述底板设有两对螺纹通孔；所述支座和长螺杆固定于底板上；所述压头套设于长螺杆上，可上下自由滑动；所述弹簧置于压头上方且套设于长螺杆上；所述螺母通过平垫圈向弹簧传递载荷。

可选的，所述底板设有第一螺纹通孔；所述支座上部呈半圆柱体，半径与待处理试样四点弯曲测试标准中支座半径保持一致；所述支座下部设有第一螺纹孔，第一螺纹孔直径与第一螺纹通孔相同，通过第一固定螺丝将第一螺纹孔与第一螺纹通孔相连接，实现底板与支座紧配，紧配后第一固定螺丝不会突出底板，底板平面保持水平；所述两个支座中心点之间距离依据待处理试样四点弯曲实验标准，以满足试样跨距要求。

可选的，所述底板的底面和顶面及所述支座的表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8-3.2。

可选的，所述底板设有第二螺纹通孔，所述螺杆与第二螺纹通孔通过螺纹实现紧配。

可选的，所述压头设有两个螺纹通孔，所述螺纹通孔直径略大于长螺杆直径，所述长螺杆贯穿螺纹通孔，所述压头可在长螺杆上自由移动。

可选的，所述压头的顶面和所述压头的下表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8-3.2。

可选的，所述弹簧与所述螺母之间设置有平垫圈。

本发明还公开一种上述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的使用方法，包括以下步骤：

(1)将待用弹簧固定在力学试验机中，对其进行压缩校准，得到该弹簧的载荷-位移数据表，进而可以得出压缩弹簧的位移量与载荷力值之间的对应关系，可精确到0.001N；

(2)由复合材料试样的宽度与厚度，以及复合材料试样的极限四点弯曲载荷，计算出材料试样所要承受的目标四点弯曲载荷，等量为目标弹簧载荷并均匀分布到两根弹簧上，再进一步分别换算为两根弹簧各自的压缩量；

(3)将材料试样水平居中放置在两支座上，使支座两端留出的试样长度相等；

(4)将压头套设于长螺杆，置于材料试样上表面，调节使压头半径方向居中覆盖试样宽度；

(5)分别将弹簧套设于两根长螺杆，置于压头上表面，依次将平垫圈和螺母置放于弹簧上表面。调节螺母在长螺杆上的垂直位置，使挡片与弹簧接触，且弹簧不产生压缩量，此时利用游标卡尺测量平垫圈下表面与压头上表面的距离，记为弹簧初始长度；

(6)通过开口扳手调节螺母位置，使平垫圈向压头方向靠近，对弹簧施加压缩载荷。在调节过程中，保证两个弹簧压缩后对应的压缩载荷相同，使得压头与底板保持平行关系，确保载荷准确施加。当平垫圈下表面与压头上表面的距离达到弹簧压缩量时，停止调节螺母，此时材料试样承受定量的目标四点弯曲载荷；

可选的，可依据试验测试标准，制备树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料，将材料安装到该四点弯曲装置中，施加定量四点弯曲载荷。

可选的，将该四点弯曲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，并进行四点弯曲测试，将复合材料试样放入力学试验机中，弯曲直至断裂，计算复合材料试样的最大四点弯曲载荷，与服役前最大四点弯曲载荷进行对比，计算四点弯曲性能保留率。

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，并进行三点弯曲测试，将复合材料试样放入力学试验机中，弯曲直至断裂，计算复合材料试样的最大三点弯曲载荷，与服役前最大三点弯曲载荷进行对比，计算三点弯曲性能保留率。

本发明还要求保护所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的用途，用于对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料施加准确定量的四点弯曲载荷，进行在极端环境下承受四点弯曲载荷情况的模拟试验，该极端环境为在高温、低温、高盐、高水压环境、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。

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四点弯曲夹具，可以在不长时占用力学试验机、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四点弯曲载荷，实现复合材料在多种极端环境下承受四点弯曲载荷的服役模拟试验，该四点弯曲夹具结构简单，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。该四点弯曲夹具和测试方法为复合材料极端环境四点弯曲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四点弯曲夹具的立体图；

图2为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料四点弯曲夹具的左视图；

图3为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料四点弯曲夹具的上视图；

图4为本发明载荷与环境耦合作用的复合材料四点弯曲夹具的正视图。

附图标记说明：1、底板；2、支座；3、试样；4、压头；5、弹簧；6、平垫圈；7、螺母；8、长螺杆；8a、第一螺纹；8b、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，本实施例提供一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，包括底板1、支座2、压头4、弹簧5、平垫圈6、螺母7和长螺杆8；所述底板设有两对螺纹通孔；所述支座和长螺杆固定于底板上；所述压头套设于长螺杆上，可上下自由滑动；所述弹簧置于压头上方且套设于长螺杆上；所述螺母通过平垫圈向弹簧传递载荷。

四点弯曲载荷夹具的底板1呈长方体，底板上开设有两对螺纹通孔，分别为螺纹通孔1、螺纹通孔2。长螺杆8与底板上的螺纹通孔1通过螺纹实现紧配。支座2与底板上的螺纹通孔2，通过第一螺钉实现紧配。试样3水平居中放置于两个支座之上。压头4套设于长螺杆8之上，调整使压头半圆柱体居中覆盖试样宽度。试样位置分别被支座和压头确定。弹簧5套设于长螺杆，置于压头之上。依次在弹簧上方放置平垫圈6和螺母7。

弹簧5的弹性系数已知，即弹簧5的压缩位移与压缩载荷之间的线性对应关系明确。通过开口扳手调节螺母位置，使平垫圈向压头方向靠近，对弹簧施加压缩载荷。在调节过程中，保证两个弹簧压缩后对应的压缩载荷相同，使得压头与底板保持平行关系，确保载荷准确施加。由于弹簧5的压缩位移而产生的载荷等量传递到可自由活动的压头4上，可实现在高温水浴环境对试样3施加定量载荷的实验操作。

长螺杆8上有两种不同直径的螺纹，分别为长螺杆8中部的第一螺纹8a和长螺杆8另一端的第二螺纹8b，其中第一螺纹8a的外径与长螺杆8的直径相等，第二螺纹8b的长度略小于底板厚度。长螺杆通过第二螺纹8b与底板上的螺纹通孔1相连接，通过螺纹实现紧配，长螺杆与底板配合后不突出底板，保持底板底面水平。

支座2的上部呈半圆柱体，下部呈长方体。半圆柱体的半径与试验标准中支座半径保持一致，优选3mm或5mm；半圆柱体的高度略大于试样宽度。下部长方体长度与半圆柱体直径保持一致，长方体宽度与半圆柱体的高度保持一致。支座2通过第一螺钉与底板上的螺纹通孔2相连接，通过螺钉实现紧配，配合后螺钉不突出底板，保持底板底面水平。两个支座之间的距离优选为70-150mm。

压头4呈十字交叉横梁型，其中一个方向的横梁上对称设有两个螺纹通孔3，螺纹通孔3直径略大于长螺杆8直径，使得压头整体可在长螺杆8上自由移动。另一个方向的横梁下部，对称设有两个半圆柱体，该半圆柱体的半径与试验标准中压头半径保持一致，优选3mm或5mm；半圆柱体的高度略大于试样宽度。

弹簧5的内径要稍大于长螺杆8，减少弹簧5与长螺杆8之间不必要的摩擦，防止弹簧5与长螺杆8之间的摩擦力抵消一部分弹簧5产生的载荷，使得弹簧5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5外径的选择原则是两弹簧之间不得发生接触。

弹簧5的长度和弹性系数的选择依据所需弹簧压缩量确定，确保即使在加载载荷时弹簧至少能有8-10mm的压缩量，从而保证加载的精度。弹簧长度优选为50mm-150mm，最优选为70mm；弹性系数优选为30-80N/mm，依据不同载荷要求进行进一步优选。

除了试样3外，四点弯曲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。使用不锈钢材料会减缓夹具在高温水浴条件下产生生锈而污染去离子水的现象，另外，不锈钢的热膨胀系数很小，约1.6×10^-5/℃，由室温20℃到70℃，发生的热膨胀在10^-4数量级，不会因不锈钢的热膨胀而导致施加载荷的较大改变。

一套该四点弯曲加载装置对应两个弹簧，只加载一个试样，因而即便不同的弹簧其弹性系数、原始高度等有一定的分散性，只要对弹簧进行标定并测量各自的原始高度，加载依然可以做到精确定量。且实验结果表明，高温水浴并反复加载卸载前后，弹簧的弹性系数很接近，分散性很小。因而可忽略由于弹簧的弹性系数的变化而导致的力值大小的改变。加载装置的载荷加载精度是足够的。

实施例二：

本实施例提供一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的使用方法，包括以下步骤：

复合材料试样3为树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料板材，板材厚度为2mm-12mm，优选为2mm；所述复合材料试样3长度为80mm-180mm，优选为110mm，所述复合材料试样3宽度为10mm-30mm，优选为13mm。同一批次复合材料试样3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个进行四点弯曲性能测试，将这5个复合材料试样弯曲直至断裂计算出复合材料试样的极限四点弯曲强度。

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3，将复合材料试样3水平居中放置在两个支座上，使得试样留出两个支座外侧的距离相等。

进一步地，将压头4套设于长螺杆8，居中覆盖于复合材料试样3之上。

进一步地，将两个弹簧5分别套设于长螺杆8，置于压头5之上。随后依次安装平垫圈6和螺母7。此时，保证弹簧5处于初始原长状态。

其中，依据不同的试验要求，给复合材料试样施加其极限弯曲强度10％-60％之间的定量载荷。具体步骤可以包括：

(1)需要列出弹簧5的压缩位移与压缩载荷的对照表，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)由复合材料试样的宽度与厚度，以及复合材料试样的极限四点弯曲载荷，计算出材料试样所要承受的目标四点弯曲载荷，等量为目标弹簧载荷并均匀分布到两根弹簧上，再进一步分别换算为两根弹簧各自的压缩量。

(3)调节螺母在长螺杆上的垂直位置，使挡片与弹簧接触，且弹簧不产生压缩量，此时利用游标卡尺测量平垫圈下表面与压头上表面的距离，记为弹簧初始长度。初始长度与目标弹簧压缩量的差值即为目标移动距离。

(4)通过开口扳手调节螺母位置，使平垫圈向压头方向靠近，对弹簧施加压缩载荷。在调节过程中，保证两个弹簧压缩后对应的压缩载荷相同，使得压头与底板保持平行关系，确保载荷准确施加。当平垫圈下表面与压头上表面的距离达到弹簧压缩量时，停止调节螺母，此时材料试样承受定量的目标四点弯曲载荷。

进一步地，将该四点弯曲装置放置于模拟服役的极端环境中，该极端环境可以为高温、低温、高盐、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，盐水腐蚀环境为使用人工海水盐配置海水进行全浸泡。取自来水放置24小时后，将海水盐NaCl、MgCl₂、MgSO₄·7H₂O、CaSO₄·2H₂O、CaCO₃分别按照21g/L、2.54g/L、1.54g/L、2.43g/L、0.10g/L的含量添加进自来水中，配置的盐浓度在3.4-3.5wt％之间，略高于我国典型海域的盐浓度。根据试验要求，若对腐蚀环境有更高要求，可按照比例增大盐浓度加速腐蚀。将四点弯曲夹具放入配置的海水环境中。

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。

进一步地，在模拟服役极端环境的时长达到后，将四点弯曲夹具置于常温常压环境下，调节螺母7，使得平垫圈下表面与压头上表面恢复到初始距离。取下螺母7和平垫圈6，取下弹簧5。最终取下复合材料试样3。

进一步地，将复合材料试样表面擦拭干净，并进行四点弯曲测试，将复合材料试样放入力学试验机中，四点弯曲直至断裂，计算复合材料试样的极限四点弯曲载荷，与服役前极限四点弯曲载荷进行对比，计算在服役环境下复合材料四点弯曲性能保留率。

实施例三：

本实施例涉及一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，具体包括以下步骤：

以陶瓷为基体的复合材料试样3，试样3长度为170mm，宽度为10mm，厚度为5mm。利用四点弯曲夹具定位复合材料试样3，并对弹簧5施加压缩量，使得弹簧5对复合材料试样3施加的载荷强度为复合材料极限四点弯曲载荷的30％。将调整好的四点弯曲夹具放置在超低温轴承冷却箱内，设定温度为-50℃，试验时长为7天。试验结束后，等待四点弯曲夹具恢复至室温，将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下并进行四点弯曲性能测试，并计算试验前后复合材料试样3四点弯曲性能保留率，以此评估该复合材料在低温服役环境下四点弯曲性能保持情况。

实施例四：

本实施例涉及一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，具体包括以下步骤：

以芳纶纸蜂窝为芯层材料、碳纤维增强树脂基复合材料为蒙皮的夹层结构复合材料试样3，试样3长度为176mm，宽度为76mm，厚度为10.2mm。利用四点弯曲夹具定位复合材料试样3，并对弹簧5施加压缩量，使得弹簧5对复合材料试样3施加的载荷强度为复合材料极限四点弯曲载荷的50％，将调整好的四点弯曲夹具放置在烘箱内，烘箱设定温度范围为150℃，试验时长为3天。试验结束后，等待四点弯曲夹具恢复至室温，将复合材料试样3从四点弯曲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3四点弯曲性能保留率，以此评估该复合材料在高温服役环境下四点弯曲性能保持情况。

实施例五：

本实施例涉及一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，具体包括以下步骤：

以金属为基体的复合材料试样3，试样3长度为75mm，宽度为10mm，厚度为1-2mm。取自来水放置24小时后，将海水盐NaCl、MgCl₂、MgSO₄·7H₂O、CaSO₄·2H₂O、CaCO₃分别按照21g/L、2.54g/L、1.54g/L、2.43g/L、0.10g/L的含量添加进自来水中，配置的盐浓度在3.4-3.5wt％之间。利用四点弯曲夹具定位复合材料试样3，并对弹簧5施加压缩量，使得弹簧5对复合材料试样3施加的载荷强度为复合材料极限四点弯曲载荷的40％。将四点弯曲夹具放入配置的海水环境中。试验时长为7天。试验结束后，将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下擦拭干净，并进行四点弯曲测试，并计算试验前后复合材料试样3四点弯曲性能保留率，以此评估该复合材料在盐水腐蚀的服役环境下四点弯曲性能的保持情况。

实施例六：

本实施例涉及一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，具体包括以下步骤：

以超高分子量聚乙烯纤维为增强体的树脂基复合材料试样3，试样3长度为230mm，宽度为15mm，厚度为0.2mm。利用四点弯曲夹具夹持复合材料试样3，并对弹簧5施加压缩量，使得弹簧5对复合材料试样3施加的载荷强度为复合材料极限四点弯曲载荷的50％，将调整好的四点弯曲夹具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，等待四点弯曲夹具恢复至室温，将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下擦拭干净，并进行四点弯曲测试，并计算试验前后复合材料试样3四点弯曲性能保留率，以此评估该复合材料在深海高压的服役环境下四点弯曲性能保持情况。

实施例七：

本实施例涉及一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，具体包括以下步骤：

以碳纤维为增强体的树脂基复合材料试样3，试样3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3干燥并称取初始质量。取自来水放置24小时后，将海水盐NaCl、MgCl₂、MgSO₄·7H₂O、CaSO₄·2H₂O、CaCO₃分别按照21g/L、2.54g/L、1.54g/L、2.43g/L、0.10g/L的含量添加进自来水中，配置的盐浓度在3.4-3.5wt％之间。利用四点弯曲夹具定位复合材料试样3，并对弹簧5施加压缩量，使得弹簧5对复合材料试样3施加的载荷强度为复合材料极限四点弯曲载荷的60％，将调整好的四点弯曲夹具放置在盐水溶液中，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天分别将四点弯曲夹具从盐水溶液中取出并放入保湿器皿内降至室温，然后将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下并称取质量，之后继续夹持在四点弯曲夹具上并利用弹簧5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3的吸湿曲线，将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下并进行四点弯曲测试，并计算试验前后复合材料试样3四点弯曲性能保留率，以此评估该复合材料在温度为室温盐水浓度，60％四点弯曲极限载荷的服役环境下四点弯曲性能保持情况。

实施例八：

本实施例涉及一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲加载夹具及使用方法，具体包括以下步骤：

以玻璃纤维平纹织物为增强体的树脂基复合材料试样3，试样3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3干燥并称取初始质量。取自来水放置24小时后，将海水盐NaCl、MgCl₂、MgSO₄·7H₂O、CaSO₄·2H₂O、CaCO₃分别按照21g/L、2.54g/L、1.54g/L、2.43g/L、0.10g/L的含量添加进自来水中，配置的盐浓度在3.4-3.5wt％之间。将盛有该盐水溶液的容器放入水浴箱中，控制盐水溶液温度为70℃。利用四点弯曲夹具定位复合材料试样3，并对弹簧5施加压缩量，使得弹簧5对复合材料试样3施加的载荷强度为复合材料极限四点弯曲载荷的60％，将调整好的四点弯曲夹具放置在盐水溶液中，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天分别将四点弯曲夹具从盐水溶液中取出并放入保湿器皿内降至室温，然后将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下并称取质量，之后继续夹持在四点弯曲夹具上并利用弹簧5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3的吸湿曲线，并等待四点弯曲夹具恢复至室温，将复合材料试样3从四点弯曲夹具上取下并进行四点弯曲测试，并计算试验前后复合材料试样3四点弯曲性能保留率，以此评估该复合材料在70℃盐水浓度，60％四点弯曲极限载荷的服役环境下四点弯曲性能保持情况。

此外，本案发明人还参照实施例一至八的方式，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，均可以在相应的环境条件下对复合材料试样施加定量四点弯曲载荷，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 (10)

1.一种结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，其特征在于，包括底板、支座、压头、长螺杆、弹簧和螺母；所述底板设有两对螺纹通孔；所述支座和长螺杆固定于底板上；所述支座为两个，试样支撑于所述支座上，所述压头套设于长螺杆上，可上下自由滑动，所述压头压靠在试样上表面；所述弹簧置于压头上方且套设于长螺杆上；所述螺母向弹簧传递载荷。

2.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，其特征在于，所述底板设有第一螺纹通孔；所述支座上部呈半圆柱体，半圆柱体的高度略大于试样宽度；所述支座下部设有第一螺纹孔，第一螺纹孔直径与第一螺纹通孔相同，通过第一固定螺丝将第一螺纹孔与第一螺纹通孔相连接，实现底板与支座紧配，紧配后第一固定螺丝不会突出底板，底板平面保持水平。

3.根据权利要求2所述的载荷与环境耦合作用的材料四点弯曲夹具，其特征在于，所述底板的底面和顶面及所述支座的表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8-3.2。

4.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，其特征在于，所述底板设有第二螺纹通孔，所述螺杆与第二螺纹通孔通过螺纹实现紧配。

5.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，其特征在于，所述压头呈十字交叉横梁型，其中一个方向的横梁上对称设有两个螺纹通孔，螺纹通孔直径略大于长螺杆直径，使得压头整体可在长螺杆上自由移动；另一个方向的横梁下部，对称设有两个半圆柱体，该半圆柱体的半径与试验标准中压头半径保持一致，半圆柱体的高度略大于试样宽度；所述压头的顶面和所述压头的下表面均设置有粗糙纹理，粗糙度设为2.8-3.2。

6.根据权利要求1所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具，其特征在于，所述弹簧与所述螺母之间设置有平垫圈，所述螺母通过平垫圈向弹簧传递载荷。

7.权利要求1-6任一项所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:

(1)将待用弹簧固定在力学试验机中，对其进行压缩校准，得到该弹簧的载荷-位移数据表，得出压缩弹簧的位移量与载荷力值之间的对应关系；

(2)由复合材料试样的宽度与厚度，以及复合材料试样的极限四点弯曲载荷，计算出材料试样所要承受的目标四点弯曲载荷，等量为目标弹簧载荷并均匀分布到两根弹簧上，分别换算为两根弹簧各自的压缩量；

(3)将复合材料试样水平居中放置在两支座上，调整使试样在支座两端留出的长度相等；

(4)将压头套设于长螺杆，置于材料试样上表面，调节使压头半径方向居中覆盖试样宽度；

(5)分别将弹簧套设于两根长螺杆，置于压头上表面，依次将平垫圈和螺母置放于弹簧上表面，调节螺母在长螺杆上的垂直位置，使挡片与弹簧接触，且弹簧不产生压缩量，此时利用游标卡尺测量平垫圈下表面与压头上表面的距离，记为弹簧初始长度；

(6)调节螺母位置，使平垫圈向压头方向靠近，对弹簧施加压缩载荷，在调节过程中，保证两个弹簧压缩后对应的压缩载荷相同，使得压头与底板保持平行关系，确保载荷准确施加，当平垫圈下表面与压头上表面的距离达到弹簧压缩量时，停止调节螺母，此时材料试样承受定量的目标四点弯曲载荷。

8.根据权利要求7所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的使用方法，其特征在于，在极端环境中放置预定时间后，将试样表面擦拭干净，进行复合材料四点弯曲测试，将复合材料试样放入力学试验机中，四点弯曲直至断裂失效，计算材料试样的极限四点弯曲载荷，与服役前极限四点弯曲载荷进行对比，计算四点弯曲性能保留率。

9.根据权利要求7所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的使用方法，其特征在于，在极端环境中放置预定时间后，将材料试样表面擦拭干净，进行材料三点弯曲测试，将材料试样放入力学试验机中，弯曲直至断裂失效，计算材料试样的极限四点弯曲载荷，与服役前极限四点弯曲载荷进行对比，计算四点弯曲性能保留率。

10.权利要求1-6任一项所述的结构传载一体化的复合材料四点弯曲夹具的用途，其特征在于，用于对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料施加准确定量的四点弯曲载荷，进行在极端环境下承受四点弯曲载荷情况的模拟试验，该极端环境为在高温、低温、高盐、高水压环境、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。

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