CN114034551A - 具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，包括下基座、上基座、导轨、两个长边楔形夹块、两个短边楔形夹块。本发明通过长边楔形夹块和短边楔形夹块将平板试样下端完全定位、固定在下基座，可以实现平板试样的对中和定位，保证压缩试验过程中加载轴线与平板试样轴线始终平行，确保压缩平板试样的对中性和试验过程的稳定性，从而提高试验结果的准确性；楔形夹块在重力作用下自动卡紧平板试样，在平板试样升温、降温过程中能够调节稳定夹紧力；在升温、降温过程中平板试样长度发生变化时，上基座位置可沿导轨进行自动调整，消除热应力的影响；楔形夹块具有摩擦自锁功能，能够保证试验过程中始终固定、夹紧平板试样。

Description

具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具与方法

技术领域

本发明涉及一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具与方法，属于复合材料的高温试验领域。

背景技术

复合材料具有较高的比刚度和比强度，以及力学性能可设计等优点，在航空航天飞行器、发动机高温热端部件中有广阔的应用前景，能够极大地减轻结构重量，提高结构效率。因此，测试复合材料在高温下的基础力学性能，对复合材料进行高温压缩测试是非常有必要的。

目前关于复合材料平板压缩试验标准主要有ASTM D6641和GJB 6476-2008，ASTMD6641采用联合加载压缩夹具，对平板试样进行定位、加载；GJB 6476-2008推荐使用试验机液压夹头夹持平板试样。这两种方式都只能保证平板试样的一个横向方向是垂直的，另一个横向方向倾斜与否完全取决于试验操作人员，无法保证平板试样长度方向与压缩载荷方向平行，即无法保证平板试样的对中性；另外，采用液压夹头夹持的方式，将平板试样上、下两端分别进行完全约束，对于平板试样是过约束的，会在平板试样内部产生较大的弯曲应力，导致材料内部产生损伤甚至破坏。此外，以上两种试验方式也都没有考虑平板试样在高温环境下的热膨胀问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，能够通过试验装置保证平板试样的对中性，解决平板试样过约束问题，并且能够消除平板试样在升温加热过程中产生的热应力，有效解决现有技术方案中存在的问题。

本发明通过如下技术方案实现。

一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，包括下基座、上基座、导轨、两个长边楔形夹块、两个短边楔形夹块，所述导轨设置在所述下基座上，所述上基座在所述导轨上滑动，所述下基座中部开设有上宽下窄的四边形楔形槽，所述四边形楔形槽与所述长边楔形夹块和短边楔形夹块配合，所述长边楔形夹块和短边楔形夹块在所述四边形楔形槽内受自重和/或向下作用力时能够实现自锁，所述上基座设置有夹紧机构，待测试的平板试样的下端的四个侧面由放置在四边形楔形槽内的长边楔形夹块和短边楔形夹块锁紧，待测试的平板试样的上端由上基座的夹紧机构锁紧。

优选的，所述夹紧机构包括前顶块、后顶块、防松螺栓，所述上基座中部开设有长方形槽，用于放置前顶块和后顶块，所述上基座中部位于长方形槽下方开设有通孔，用于穿过平板试样，所述上基座上长方形槽的短边侧面中心开设有与所述防松螺栓配合的螺纹孔，当前顶块和后顶块放置于长方形槽中时，防松螺栓通过螺纹孔使前顶块和后顶块相向移动夹紧平板试样。

优选的，所述防松螺栓中心开有通孔，以避免防松螺栓配合后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样装夹。

优选的，所述后顶块上部有凸台，一方面凸台起到对平板试样端面施加压缩载荷的作用，另一方面凸台下表面与前顶块的上表面贴合，起到与前顶块互相约束固定的作用。

优选的，所述四边形楔形槽、长边楔形夹块和短边楔形夹块的楔形角度均相同，角度为°～6°。

优选的，装入平板试样状态下，长边楔形夹块和短边楔形夹块通过重力作用，两个短边楔形夹块的内壁分别与压缩平板试样厚度侧面贴合，两个短边楔形夹块的楔形面与下基座的楔形槽贴合；两个长边楔形夹块的内壁分别与压缩平板试样宽度侧面贴合，两个长边楔形夹块的楔形面与下基座的楔形槽贴合；实现平板试样前后、左右方向的定位，使平板试样轴向/长度方向始终与基座平面垂直。

优选的，所述长边楔形夹块的宽度略小于平板试样宽度，以防止长边楔形夹块与短边楔形夹块发生空间干涉，平板试样无法通过楔形夹块完全约束固定。

优选的，所述导轨为四个，所述下基座设置有导轨孔，所述导轨通过导轨孔安装在下基座上。

优选的，该夹具的所有零件选用的材料是耐高温、高强度材料，包括高温合金、陶瓷材料。

一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试方法，包括如下步骤：

步骤1：将四个导轨安装在下基座周边的导轨孔中；

步骤2：将前顶块和后顶块先后放入上基座的长方形槽中，用防松螺栓将前顶块和后顶块与上基座安装为一体；

步骤3：将平板试样放在下基座楔形槽底部中心，在平板试样厚度侧面放置并调整短边楔形夹块，在平板试样宽度侧面放置并调整长边楔形夹块，使平板试样完全约束固定；

步骤4：将步骤2中安装的上基座部分安装在四个导轨上，调整上基座高度，使后顶块的凸台落在平板试样顶部端面，同时调整防松螺栓的旋入长度，使前顶块与后顶块的侧面顶紧平板试样侧面；

步骤5：将测试夹具放置在试验平台上，准备升温、开始试验。

其中，压缩过程中，后顶块凸台向下移动，通过平板试样顶端对平板试样施加压缩载荷。

其中，夹具首次安装后，导轨不用拆卸；上基座、顶块和防松螺栓也不用完全拆分；平板试样再次安装时只需调整平板试样、楔形夹块、上基座、顶块和防松螺栓即可。

与现有技术相比，本发明的优点是：通过四个楔形夹块固定平板试样的四个侧面，可以保证平板试样在装夹、压缩测试过程中的自动对中；楔形夹块在重力作用下能实现自动卡紧平板试样的作用，随着温度升高，平板试样和楔形夹块体积膨胀，楔形夹块能够始终卡紧平板试样；楔形夹块具有摩擦自锁功能，能够保证试验过程中始终固定、夹紧平板试样；随着平板试样受热伸长，上基座部分能够沿着导轨向上移动，消除了平板试样在升温过程中产生的热应力；试验通过后顶块的凸台对平板试样施加压缩载荷，前顶块和后顶块通过防松螺栓轻微顶在平板试样上端侧面，仅起到横向固定约束的作用，避免对平板试样产生过度约束，不会在平板试样内部产生附加弯矩，保证平板试样受到纯压缩载荷；同时，测试夹具中部仅有四个导轨，试验过程中可以采用应变片或其他方式测量压缩应变、观测平板试样表面变化过程。

附图说明

图1是本发明实施例中分解夹具的正三轴测图。

图2是本发明实施例中夹具组装后的正三轴测图。

图3是本发明实施例中夹具组装后的正向剖面图。

图4是本发明实施例中夹具组装后的左向剖面图。

图5是本发明实施例中下基座的正三轴测图。

图6是本发明实施例中长边楔形夹块的正视图。

图7是本发明实施例中短边楔形夹块的正视图。

图8是本发明实施例中上基座的正三轴测图。

图9是本发明实施例中后顶块的正三轴测图。

图10是本发明实施例中前顶块的正三轴测图。

图11是本发明实施例中防松螺栓的正三轴测图。

图中标号说明如下：

1、前顶块；2、后顶块；3、防松螺栓；4、上基座；5、平板试样；

401、长方形槽，402、通孔；

6、长边楔形夹块；7、短边楔形夹块；8、导轨；9、下基座；

901、四边形楔形槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1字图11所示，一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，包括下基座9、上基座4、导轨8、两个长边楔形夹块6、两个短边楔形夹块7，所述导轨8设置在所述下基座9上，所述上基座4在所述导轨8上滑动，所述下基座9中部开设有上宽下窄的四边形楔形槽901，所述四边形楔形槽901与所述长边楔形夹块6和短边楔形夹块7配合，所述长边楔形夹块6和短边楔形夹块7在所述四边形楔形槽901内受自重和/或向下作用力时能够实现自锁，所述上基座4设置有夹紧机构，待测试的平板试样5的下端的四个侧面由放置在四边形楔形槽901内的长边楔形夹块6和短边楔形夹块7锁紧，待测试的平板试样5的上端由上基座4的夹紧机构锁紧。

作为优选的实施方案，所述夹紧机构包括前顶块1、后顶块2、防松螺栓3，所述上基座4中部开设有长方形槽401，用于放置前顶块1和后顶块2，所述上基座4中部位于长方形槽401下方开设有通孔402，用于穿过平板试样5，所述上基座4上长方形槽401的短边侧面中心开设有与所述防松螺栓3配合的螺纹孔，当前顶块1和后顶块2放置于长方形槽401中时，防松螺栓3通过螺纹孔使前顶块1和后顶块2相向移动夹紧平板试样5。

作为优选的实施方案，所述防松螺栓3中心开有通孔402，以避免防松螺栓3配合后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样5装夹。

作为优选的实施方案，所述后顶块2上部有凸台，一方面凸台起到对平板试样5端面施加压缩载荷的作用，另一方面凸台下表面与前顶块1的上表面贴合，起到与前顶块1互相约束固定的作用。

作为优选的实施方案，所述四边形楔形槽901、长边楔形夹块6和短边楔形夹块7的楔形角度均相同，角度为°～6°。

作为优选的实施方案，装入平板试样5状态下，长边楔形夹块6和短边楔形夹块7通过重力作用，两个短边楔形夹块7的内壁分别与压缩平板试样5厚度侧面贴合，两个短边楔形夹块7的楔形面与下基座9的楔形槽贴合；两个长边楔形夹块6的内壁分别与压缩平板试样5宽度侧面贴合，两个长边楔形夹块6的楔形面与下基座9的楔形槽贴合；实现平板试样5前后、左右方向的定位，使平板试样5轴向/长度方向始终与基座平面垂直。

作为优选的实施方案，所述长边楔形夹块6的宽度略小于平板试样5宽度，以防止长边楔形夹块6与短边楔形夹块7发生空间干涉，平板试样5无法通过楔形夹块完全约束固定。

作为优选的实施方案，所述导轨8为四个，所述下基座9设置有导轨孔，所述导轨8通过导轨孔安装在下基座9上。

作为优选的实施方案，该夹具的所有零件选用的材料是耐高温、高强度材料，包括高温合金、陶瓷材料。

一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试方法，包括如下步骤：

步骤1：将四个导轨8安装在下基座9周边的导轨孔中；

步骤2：将前顶块1和后顶块2先后放入上基座4的长方形槽401中，用防松螺栓3将前顶块1和后顶块2与上基座4安装为一体；

步骤3：将平板试样5放在下基座9楔形槽底部中心，在平板试样5厚度侧面放置并调整短边楔形夹块7，在平板试样5宽度侧面放置并调整长边楔形夹块6，使平板试样5完全约束固定；

步骤4：将步骤2中安装的上基座4部分安装在四个导轨8上，调整上基座4高度，使后顶块2的凸台落在平板试样5顶部端面，同时调整防松螺栓3的旋入长度，使前顶块1与后顶块2的侧面顶紧平板试样5侧面；

步骤5：将测试夹具放置在试验平台上，准备升温、开始试验。

其中，压缩过程中，后顶块2凸台向下移动，通过平板试样5顶端对平板试样5施加压缩载荷。

其中，夹具首次安装后，导轨8不用拆卸；上基座4、顶块和防松螺栓3也不用完全拆分；平板试样5再次安装时只需调整平板试样5、楔形夹块、上基座4、顶块和防松螺栓3即可。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，包括下基座、上基座、导轨、两个长边楔形夹块、两个短边楔形夹块，所述导轨设置在所述下基座上，所述上基座在所述导轨上滑动，所述下基座中部开设有上宽下窄的四边形楔形槽，所述四边形楔形槽与所述长边楔形夹块和短边楔形夹块配合，所述长边楔形夹块和短边楔形夹块在所述四边形楔形槽内受自重和/或向下作用力时能够实现自锁，所述上基座设置有夹紧机构，待测试的平板试样的下端的四个侧面由放置在四边形楔形槽内的长边楔形夹块和短边楔形夹块锁紧，待测试的平板试样的上端由上基座的夹紧机构锁紧。

2.根据权利要求1所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，所述夹紧机构包括前顶块、后顶块、防松螺栓，所述上基座中部开设有长方形槽，用于放置前顶块和后顶块，所述上基座中部位于长方形槽下方开设有通孔，用于穿过平板试样，所述上基座上长方形槽的短边侧面中心开设有与所述防松螺栓配合的螺纹孔，当前顶块和后顶块放置于长方形槽中时，防松螺栓通过螺纹孔使前顶块和后顶块相向移动夹紧平板试样。

3.根据权利要求2所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，所述防松螺栓中心开有通孔，以避免防松螺栓配合后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样装夹。

4.根据权利要求2所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，所述后顶块上部有凸台，一方面凸台起到对平板试样端面施加压缩载荷的作用，另一方面凸台下表面与前顶块的上表面贴合，起到与前顶块互相约束固定的作用。

5.根据权利要求1所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，所述四边形楔形槽、长边楔形夹块和短边楔形夹块的楔形角度均相同，角度为°～6°。

6.根据权利要求1所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，装入平板试样状态下，长边楔形夹块和短边楔形夹块通过重力作用，两个短边楔形夹块的内壁分别与压缩平板试样厚度侧面贴合，两个短边楔形夹块的楔形面与下基座的楔形槽贴合；两个长边楔形夹块的内壁分别与压缩平板试样宽度侧面贴合，两个长边楔形夹块的楔形面与下基座的楔形槽贴合；实现平板试样前后、左右方向的定位，使平板试样轴向/长度方向始终与基座平面垂直。

7.根据权利要求1所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，所述长边楔形夹块的宽度略小于平板试样宽度，以防止长边楔形夹块与短边楔形夹块发生空间干涉，平板试样无法通过楔形夹块完全约束固定。

8.根据权利要求1所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，所述导轨为四个，所述下基座设置有导轨孔，所述导轨通过导轨孔安装在下基座上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试夹具，其特征在于，该夹具的所有零件选用的材料是耐高温、高强度材料，包括高温合金、陶瓷材料。

10.一种具有对中功能的复合材料平板高温压缩测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将四个导轨安装在下基座周边的导轨孔中；

步骤2：将前顶块和后顶块先后放入上基座的长方形槽中，用防松螺栓将前顶块和后顶块与上基座安装为一体；

步骤3：将平板试样放在下基座楔形槽底部中心，在平板试样厚度侧面放置并调整短边楔形夹块，在平板试样宽度侧面放置并调整长边楔形夹块，使平板试样完全约束固定；

步骤4：将步骤2中安装的上基座部分安装在四个导轨上，调整上基座高度，使后顶块的凸台落在平板试样顶部端面，同时调整防松螺栓的旋入长度，使前顶块与后顶块的侧面顶紧平板试样侧面；

步骤5：将测试夹具放置在试验平台上，准备升温、开始试验。

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