CN114034552A - 复合材料缺口平板高温剪切测试夹具与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，包括左夹持块、右夹持块、基座、导轨、安装垫块，所述左夹持块固定在所述基座上的左侧，所述导轨设置在基座上的右侧，所述右夹持块通过导轨安装在基座上，所述安装垫块垫在所述右夹持块下方，使得所述左夹持块和右夹持块的夹持口的底部平齐，便于安装待测试的缺口平板试样。本发明通过采用楔形顶块定位、约束平板试样的方式，能够对缺口平板试样进行完全固定，解决了试样装夹不稳、试验过程容易失稳侧滑的问题，保证缺口平板试样受到纯剪切载荷，从而确保剪切试验的成功和试验结果的准确性。并且测试夹具型式简单，夹具尺寸小，能够应用于高温环境下缺口平板的剪切测试。

Description

复合材料缺口平板高温剪切测试夹具与方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料缺口平板高温剪切测试夹具与方法，属于复合材料的高温试验领域。

背景技术

复合材料具有优异的综合性能以及性能可设计性，在航空航天、车辆等工程领域得到越来越广泛的应用。陶瓷基复合材料具有很好的耐高温性能，能够应用在高温部件，减轻结构的重量，提高结构效率。因此，测试复合材料在高温环境下的力学性能是十分必要的，对复合材料进行高温剪切测试是获得材料力学性能的必要试验手段。

目前关于复合材料缺口平板剪切试验标准主要有ASTM 1292和ASTM D5379，两个试验标准均采用Iosipescu方法。Iosipescu方法通过固定缺口平板试样，并对试样的一侧施加位移载荷，实现缺口平板试样的剪切试验。Iosipescu方法固定缺口平板试样时，仅固定试样厚度方向的一对侧面，而宽度方向的侧面仅有一面贴靠在夹具上，使得试验过程中试样容易出现失稳、侧滑的现象；尤其是在高温环境下，试样受热膨胀会影响试样装夹，使试样固定不牢靠。Iosipescu装夹方法没有完全约束、固定缺口平板试样，使得剪切试验成功率低，试验结果准确性低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，能够通过试验夹具保证缺口平板试样在试验过程中的稳定固定，解决剪切试验成功率低、准确性低的问题，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。

一种复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，包括左夹持块、右夹持块、基座、导轨、安装垫块，所述左夹持块固定在所述基座上的左侧，所述导轨设置在基座上的右侧，所述右夹持块通过导轨安装在基座上，所述安装垫块垫在所述右夹持块下方，使得所述左夹持块和右夹持块的夹持口的底部平齐，便于安装待测试的缺口平板试样，缺口平板试样安装完毕后移去安装垫块，对右夹持块进行增加载荷，实现对缺口平板试样施加剪切载荷。

优选的，还包括左楔形顶块、左顶块、左紧固螺栓、右楔形顶块、右顶块、右紧固螺栓；

所述左夹持块的中部开有左长方形通槽，左长方形通槽的高度略小于缺口平板试样的宽度，左长方形通槽后上方开有左楔形通槽，左楔形通槽的底面和后方侧面分别为水平、垂直的平面，左楔形通槽的顶面为有楔形角的平面，楔形角沿缺口平板试样长度方向并且楔形角朝外；所述左楔形顶块后下方分别为水平和垂直的平面，用于固定缺口平板试样，左楔形顶块上表面为楔形面，能够与左楔形通槽的顶面配合，左楔形顶块前部侧面为楔形面，楔形角沿缺口平板试样长度方向并且楔形角朝内；左顶块的后侧为楔形面，与左楔形顶块的楔形面配合，通过左紧固螺栓顶住左顶块，进而固定左楔形顶块；

所述右夹持块的中部开有右长方形通槽，右长方形通槽与左长方形通槽左右对称，右楔形顶块、右顶块、右紧固螺栓与左楔形顶块、左顶块、左紧固螺栓左右对称。

优选的，所述导轨可拆卸安装在所述基座上，所述基座的右侧设置有两个导轨孔，所述导轨安装在所述导轨孔内。

优选的，所述安装垫块垫在所述右夹持块下方，使得所述左夹持块和右夹持块的夹持口左右对称。

优选的，左/右长方形通槽前侧的挡板平面开有两个螺纹孔，用于旋入左/右紧固螺栓。

优选的，所述左/右紧固螺栓分为两段，第一段较短，为无螺纹光轴，用于顶入左/右顶块的光孔；第二段较长且有螺纹，可旋入左/右夹持块前侧挡板的螺纹孔；左/右紧固螺栓中心开有通孔，以避免左/右紧固螺栓顶入左/右顶块的光孔后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样装夹的稳定性。

优选的，左/右楔形通槽的顶面向前略有延伸，以增加楔形面的面积。

优选的，所述夹具部件中配合的楔形面对应的楔形角均相等，楔形角为4°～7°。

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。

一种复合材料缺口平板高温剪切测试方法，包括如下步骤：

步骤1：将两个导轨安装在基座的导轨孔中，将右夹持块通过导轨安装在基座上；

步骤2：将安装垫块垫在右夹持块下面，使右夹持块的右长方形通槽的底面高度与左夹持块的左长方形通槽的底面高度相同；

步骤3：将缺口平板试样放在左长方形通槽和右长方形通槽内，调整缺口平板试样位置，使缺口位置居中，缺口平板试样宽度方向的侧面紧靠在左长方形通槽和右长方形通槽的垂直侧面；

步骤4：将右楔形顶块后下方的两个垂直面顶在缺口平板试样的上侧面和前侧面，沿缺口平板试样长度方向向内推动右楔形顶块，使右楔形顶块的楔形面与右楔形通槽的楔形面紧密贴合；将左楔形顶块后下方的两个垂直面顶在缺口平板试样的上侧面和前侧面，沿缺口平板试样长度方向向内推动左楔形顶块，使左楔形顶块的楔形面与左楔形通槽的楔形面紧密贴合；

步骤5：将左/右紧固螺栓旋入左/右夹持块的螺纹孔，调整左/右顶块的位置，使左/右紧固螺栓的前端光轴顶入左/右顶块的光孔；旋紧左/右紧固螺栓，使左/右顶块牢固顶在左/右楔形顶块上；

步骤6：将测试夹具放置在试验平台上，移去安装垫块，准备升温、开始试验。

其中，试验过程中，右夹持块向下移动，带动右楔形顶块和缺口平板试样右侧部分向下移动，实现对缺口平板试样施加剪切载荷；

其中，夹具首次安装后，导轨和右夹持块不用拆卸；缺口平板试样再次安装时只需从步骤2开始。

与现有技术相比，本发明的优点是：通过采用楔形顶块定位、约束平板试样的方式，能够对缺口平板试样进行完全固定，解决了试样装夹不稳、试验过程容易失稳侧滑的问题，保证缺口平板试样受到纯剪切载荷，从而确保剪切试验的成功和试验结果的准确性。并且测试夹具型式简单，夹具尺寸小，能够应用于高温环境下缺口平板的剪切测试。

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等测图。

图3是本发明实施例中夹具组装后的正视图和左向剖视图。

图4是本发明实施例中夹具组装后的正视图和俯向剖视图。

图5是本发明实施例中夹具组装后的俯视图和正向剖视图。

图6是本发明实施例中右夹持块的正三轴测图。

图7是本发明实施例中导轨的正三轴测图。

图8是本发明实施例中基座和左夹持块的正三轴测图。

图9是本发明实施例中缺口平板试样的正视图。

图10是本发明实施例中右楔形顶块的正三轴测图。

图11是本发明实施例中左楔形顶块的正三轴测图。

图12是本发明实施例中左/右顶块的正三轴测图。

图13是本发明实施例中紧固螺栓的正三轴测图。

图14是本发明实施例中安装垫块的正三轴测图。

图中：1、左夹持块，2、右夹持块，3、基座，4、导轨，5、安装垫块，6、缺口平板试样，7、左楔形顶块，8、左顶块，9、左紧固螺栓，10、右楔形顶块，11、右顶块，12、右紧固螺栓；

101、左长方形通槽，102、左楔形通槽；

201、右长方形通槽，202、右楔形通槽。

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至图14所示，一种复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，包括左夹持块1、右夹持块2、基座3、导轨4、安装垫块5，所述左夹持块1固定在所述基座3上的左侧，所述导轨4设置在基座3上的右侧，所述右夹持块2通过导轨4安装在基座3上，所述安装垫块5垫在所述右夹持块2下方，使得所述左夹持块1和右夹持块2的夹持口的底部平齐，便于安装待测试的缺口平板试样6，缺口平板试样6安装完毕后移去安装垫块5，对右夹持块2进行增加载荷，实现对缺口平板试样6施加剪切载荷。

作为优选的实施方案，还包括左楔形顶块7、左顶块8、左紧固螺栓9、右楔形顶块10、右顶块11、右紧固螺栓12；

所述左夹持块1的中部开有左长方形通槽101，左长方形通槽101的高度略小于缺口平板试样6的宽度，左长方形通槽101后上方开有左楔形通槽102，左楔形通槽102的底面和后方侧面分别为水平、垂直的平面，左楔形通槽102的顶面为有楔形角的平面，楔形角沿缺口平板试样6长度方向并且楔形角朝外；所述左楔形顶块7后下方分别为水平和垂直的平面，用于固定缺口平板试样6，左楔形顶块7上表面为楔形面，能够与左楔形通槽102的顶面配合，左楔形顶块7前部侧面为楔形面，楔形角沿缺口平板试样6长度方向并且楔形角朝内；左顶块8的后侧为楔形面，与左楔形顶块7的楔形面配合，通过左紧固螺栓9顶住左顶块8，进而固定左楔形顶块7；

所述右夹持块2的中部开有右长方形通槽201，右长方形通槽201与左长方形通槽101左右对称，右楔形顶块10、右顶块11、右紧固螺栓12与左楔形顶块7、左顶块8、左紧固螺栓9左右对称。

作为优选的实施方案，所述导轨4可拆卸安装在所述基座3上，所述基座3的右侧设置有两个导轨孔，所述导轨4安装在所述导轨孔内。

作为优选的实施方案，所述安装垫块5垫在所述右夹持块2下方，使得所述左夹持块1和右夹持块2的夹持口左右对称。

作为优选的实施方案，左长方形通槽101前侧的挡板平面开有两个螺纹孔，用于旋入左紧固螺栓9；右长方形通槽201前侧的挡板平面开有两个螺纹孔，用于旋入右紧固螺栓12。

作为优选的实施方案，所述左紧固螺栓9分为两段，第一段较短，为无螺纹光轴，用于顶入左顶块8的光孔；第二段较长且有螺纹，可旋入左夹持块1前侧挡板的螺纹孔；左紧固螺栓9中心开有通孔，以避免左紧固螺栓9顶入左顶块8的光孔后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样装夹的稳定性；所述右紧固螺栓12分为两段，第一段较短，为无螺纹光轴，用于顶入右顶块11的光孔；第二段较长且有螺纹，可旋入右夹持块2前侧挡板的螺纹孔；右紧固螺栓12中心开有通孔，以避免右紧固螺栓12顶入右顶块11的光孔后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样装夹的稳定性。

作为优选的实施方案，左楔形通槽102的顶面向前略有延伸，以增加楔形面的面积；右楔形通槽202的顶面向前略有延伸，以增加楔形面的面积。

作为优选的实施方案，所述夹具部件中配合的楔形面对应的楔形角均相等，楔形角为4°～7°。

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。

一种复合材料缺口平板高温剪切测试方法，包括如下步骤：

步骤1：将两个导轨4安装在基座3的导轨孔中，将右夹持块2通过导轨4安装在基座3上；

步骤2：将安装垫块5垫在右夹持块2下面，使右夹持块2的右长方形通槽201的底面高度与左夹持块1的左长方形通槽101的底面高度相同；

步骤3：将缺口平板试样6放在左长方形通槽101和右长方形通槽201内，调整缺口平板试样6位置，使缺口位置居中，缺口平板试样6宽度方向的侧面紧靠在左长方形通槽101和右长方形通槽201的垂直侧面；

步骤4：将右楔形顶块10后下方的两个垂直面顶在缺口平板试样6的上侧面和前侧面，沿缺口平板试样6长度方向向内推动右楔形顶块10，使右楔形顶块10的楔形面与右楔形通槽202的楔形面紧密贴合；将左楔形顶块7后下方的两个垂直面顶在缺口平板试样6的上侧面和前侧面，沿缺口平板试样6长度方向向内推动左楔形顶块7，使左楔形顶块7的楔形面与左楔形通槽102的楔形面紧密贴合；

步骤5：将左紧固螺栓9旋入左夹持块1的螺纹孔，调整左顶块8的位置，使左/紧固螺栓的前端光轴顶入左顶块8的光孔；旋紧左紧固螺栓9，使左顶块8牢固顶在左楔形顶块7上；将右紧固螺栓12旋入右夹持块2的螺纹孔，调整右顶块11的位置，使右紧固螺栓12的前端光轴顶入右顶块11的光孔；旋紧右紧固螺栓12，使右顶块11牢固顶在右楔形顶块10上；

步骤6：将测试夹具放置在试验平台上，移去安装垫块5，准备升温、开始试验。

其中，试验过程中，右夹持块2向下移动，带动右楔形顶块10和缺口平板试样6右侧部分向下移动，实现对缺口平板试样6施加剪切载荷；

其中，夹具首次安装后，导轨4和右夹持块2不用拆卸；缺口平板试样6再次安装时只需从步骤2开始。

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)

1.一种复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，包括左夹持块、右夹持块、基座、导轨、安装垫块，所述左夹持块固定在所述基座上的左侧，所述导轨设置在基座上的右侧，所述右夹持块通过导轨安装在基座上，所述安装垫块垫在所述右夹持块下方，使得所述左夹持块和右夹持块的夹持口的底部平齐，便于安装待测试的缺口平板试样，缺口平板试样安装完毕后移去安装垫块，对右夹持块进行增加载荷，实现对缺口平板试样施加剪切载荷。

2.根据权利要求1所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，还包括左楔形顶块、左顶块、左紧固螺栓、右楔形顶块、右顶块、右紧固螺栓；

所述左夹持块的中部开有左长方形通槽，左长方形通槽的高度略小于缺口平板试样的宽度，左长方形通槽后上方开有左楔形通槽，左楔形通槽的底面和后方侧面分别为水平、垂直的平面，左楔形通槽的顶面为有楔形角的平面，楔形角沿缺口平板试样长度方向并且楔形角朝外；所述左楔形顶块后下方分别为水平和垂直的平面，用于固定缺口平板试样，左楔形顶块上表面为楔形面，能够与左楔形通槽的顶面配合，左楔形顶块前部侧面为楔形面，楔形角沿缺口平板试样长度方向并且楔形角朝内；左顶块的后侧为楔形面，与左楔形顶块的楔形面配合，通过左紧固螺栓顶住左顶块，进而固定左楔形顶块；

所述右夹持块的中部开有右长方形通槽，右长方形通槽与左长方形通槽左右对称，右楔形顶块、右顶块、右紧固螺栓与左楔形顶块、左顶块、左紧固螺栓左右对称。

3.根据权利要求1所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，所述导轨可拆卸安装在所述基座上，所述基座的右侧设置有两个导轨孔，所述导轨安装在所述导轨孔内。

4.根据权利要求1所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，所述安装垫块垫在所述右夹持块下方，使得所述左夹持块和右夹持块的夹持口左右对称。

5.根据权利要求2所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，左/右长方形通槽前侧的挡板平面开有两个螺纹孔，用于旋入左/右紧固螺栓。

6.根据权利要求2所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，所述左/右紧固螺栓分为两段，第一段较短，为无螺纹光轴，用于顶入左/右顶块的光孔；第二段较长且有螺纹，可旋入左/右夹持块前侧挡板的螺纹孔；左/右紧固螺栓中心开有通孔，以避免左/右紧固螺栓顶入左/右顶块的光孔后出现盲孔，防止盲孔内的空气受热膨胀，影响平板试样装夹的稳定性。

7.根据权利要求2所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，左/右楔形通槽的顶面向前略有延伸，以增加楔形面的面积。

8.根据权利要求1-7任一项所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，其特征在于，所述夹具部件中配合的楔形面对应的楔形角均相等，楔形角为4°～7°。

9.根据权利要求1-7任一项所述的复合材料缺口平板高温剪切测试夹具，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。

10.一种复合材料缺口平板高温剪切测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将两个导轨安装在基座的导轨孔中，将右夹持块通过导轨安装在基座上；

步骤2：将安装垫块垫在右夹持块下面，使右夹持块的右长方形通槽的底面高度与左夹持块的左长方形通槽的底面高度相同；

步骤3：将缺口平板试样放在左长方形通槽和右长方形通槽内，调整缺口平板试样位置，使缺口位置居中，缺口平板试样宽度方向的侧面紧靠在左长方形通槽和右长方形通槽的垂直侧面；

步骤4：将右楔形顶块后下方的两个垂直面顶在缺口平板试样的上侧面和前侧面，沿缺口平板试样长度方向向内推动右楔形顶块，使右楔形顶块的楔形面与右楔形通槽的楔形面紧密贴合；将左楔形顶块后下方的两个垂直面顶在缺口平板试样的上侧面和前侧面，沿缺口平板试样长度方向向内推动左楔形顶块，使左楔形顶块的楔形面与左楔形通槽的楔形面紧密贴合；

步骤5：将左/右紧固螺栓旋入左/右夹持块的螺纹孔，调整左/右顶块的位置，使左/右紧固螺栓的前端光轴顶入左/右顶块的光孔；旋紧左/右紧固螺栓，使左/右顶块牢固顶在左/右楔形顶块上；

步骤6：将测试夹具放置在试验平台上，移去安装垫块，准备升温、开始试验。

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