CN114088510A - 可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法，包括有支架、滑动组件、支撑底座和至少两组夹紧组件；滑动组件与支架滑动连接，滑动组件位于支撑底座的下方；支撑底座固定安装在支架的上端；夹紧组件包括有两个相互对称的夹紧件，两组夹紧组件的夹紧件沿支撑底座的中心处周向分布，夹紧件与支撑底座滑动连接；夹紧件与滑动组件之间设置有连接件，连接件的一端与夹紧件的一端可转动连接，夹紧件的另一端用于夹紧待检测的复合材料层合板，连接件的另一端与滑动组件可转动连接。本发明实现了双向且同步对复合材料层合板施加预拉或预压载荷，克服了单方向加载应力不均匀、不同步的问题，确保了冲击时在复合材料层合板中心受力。

Description

可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法

技术领域

本发明涉及复合材料测试技术领域，尤其涉及一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法。

背景技术

复合材料层合板具有高的比强度、比刚度、耐疲劳等性能，广泛应用于航空、航天、汽车等领域，其使用比例决定了结构的轻量化程度和主要性能。由于其服役环境易受到冲击破坏，因此结构设计中关键之一是要研究分析其抗冲击性能。

目前测试复合材料层合板抗冲击性能、研究其冲击响应的主要方法是落锤冲击试验。但在ASTM D7136-12复合材料落锤冲击试验标准和已有研究中，预设了实验前提环境是理想的无预加载荷条件。复合材料在实际服役环境中，自身容易受到多方向的复杂载荷，如高压载荷、离心动载和气动载荷等。这使得对复合材料层合板的冲击损伤研究与实际存在较大误差。因此，为了更加实际地分析复合材料层合板在服役中的冲击损伤响应，部分冲击测试装置会设置有相应的能够实现施加预应力(预拉、预压)的冲击测试夹具。

但是，现有的测试装置中，只能对复合材料层合板施加单向拉或单向压的应力。然而复合材料层合板具有各向异性，且实际服役时载荷复杂，并非只受简单的单向拉、或单向压应力，因此已有装置中设计的夹具实现预应力条件有限，且存在单方向加载应力不均匀、不同步等问题，导致冲击时受力点预加载荷不居中。

发明内容

本发明提供一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法，用以解决现有技术中的复合材料冲击测试装置存在只能对复合材料层合板施加单向拉或单向压的应力，单方向加载应力不均匀、不同步，导致冲击时受力点预加载荷不居中等缺陷，实现了双向且同步对复合材料层合板施加预拉或预压载荷，克服了单方向加载应力不均匀、不同步的问题，确保了冲击时在复合材料层合板中心受力。

本发明提供一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，包括有支架、滑动组件、支撑底座和至少两组夹紧组件；

所述滑动组件与所述支架滑动连接，所述滑动组件位于所述支撑底座的下方；

所述支撑底座固定安装在所述支架的上端，所述支撑底座用于对待检测的复合材料层合板起到支撑作用；

所述夹紧组件包括有两个相互对称的夹紧件，两组所述夹紧组件的所述夹紧件沿所述支撑底座的中心处周向分布，所述夹紧件与所述支撑底座滑动连接；

所述夹紧件与所述滑动组件之间设置有连接件，所述连接件的一端与所述夹紧件的一端可转动连接，所述夹紧件的另一端用于夹紧待检测的复合材料层合板，所述连接件的另一端与所述滑动组件可转动连接。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述滑动组件包括有载荷滑台以及与所述夹紧件数量相等的连接结构，所述连接结构与所述夹紧件一一对应，所述连接件的另一端与所述连接结构可转动连接。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述支撑底座包括有支撑台以及与所述夹紧件数量相等的支撑块，所述支撑块固定安装在所述支架上，所述支撑台固定安装在多个所述支撑块之间，所述支撑块以所述支撑台为中心周向分布。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述支撑块的内侧角处设置有台阶，所述台阶位于所述支撑台的上方。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述支撑台的中间位置设置有通孔。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述支撑块的接近所述支撑台的侧壁面上设置有水平滑槽，所述夹紧件的侧壁面上设置有与所述滑槽相匹配的卡接块。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述夹紧件包括有夹头，所述夹头的一端与所述连接件的一端可转动连接，所述夹头的另一端设置有槽口，所述夹头上还设置有多个连接孔，所述连接孔位于所述槽口的上方。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述夹紧件还包括有垫片，所述垫片安装在所述槽口内。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，所述夹头的另一端处设置有缺口，所述缺口的相对的两个侧壁面之间设置有连接轴，所述连接轴与所述连接件可转动连接。

本发明还提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试方法，包括：

将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座上；

利用至少两组夹紧组件的夹紧件对所述复合材料层合板进行夹紧固定；

向滑动组件施加向下的载荷，所述滑动组件下移并带动连接件对所述夹紧件施加向所述支撑底座内侧的力，所述夹紧件对所述复合材料层合板施加向内侧的载荷，使得所述复合材料层合板同时受到至少两个方向的预拉伸载荷；

或：

向所述滑动组件施加向上的载荷，所述滑动组件上移并带动所述连接件对所述夹紧件施加向所述支撑座外侧的力，所述夹紧件对所述复合材料层合板施加向外侧的载荷，使得所述复合材料层合板同时受到至少两个方向的预压伸载荷。

根据本发明提供的一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法，通过将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座上，并通过每组夹紧组件的两个夹紧件对复合材料层合板进行夹紧固定。

当需要进行预拉载荷的复合材料层合板冲击性能测试时，通过对滑动组件施加向上的载荷，滑动组件上移，连接件在滑动组件的带动下另一端往支撑底座的内侧移动，一端往支撑底座的外侧移动。而连接件的一端与夹紧件的一端连接，连接件会对夹紧件产生一个向支撑底座外侧的力，即每一组夹紧组件的两个夹紧件均会同时受到向支撑座外侧的力，进而使得夹紧件对复合材料层合板产生了预拉伸载荷，且复合材料层合板同时受到至少两组夹紧组件的预拉伸载荷，实现了复合材料层合板同步双向受到预拉伸载荷，且冲击时仍保证在复合材料层合板的中心受力。

当需要进行预压载荷的复合材料层合板冲击性能测试时，通过对滑动组件施加向下的载荷，使得滑动组件下移，滑动组件会同时带动连接件下移，连接件的另一端往支撑底座的外侧转动，连接件的一端则往支撑底座的内侧转动，进而使得夹紧件受到向支撑底座的内侧的力，即每一组夹紧组件的夹紧件均会同时对复合材料层合板施加一个向内的预压伸载荷，且复合材料层合板同时被至少两组夹紧组件夹持固定，则复合材料层合板同时受到至少两组的预压伸载荷，实现了复合材料层合板同步双向受到预压伸载荷，且冲击时仍保证在层合板中心受力。

进而实现了双向且同步对复合材料层合板施加预拉或预压载荷，克服了单方向加载应力不均匀、不同步的问题，确保了冲击时在复合材料层合板中心受力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置的结构示意图；

图2是本发明提供的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置的部分结构示意图之一；

图3是本发明提供的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置的部分结构示意图之二；

图4是本发明提供的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置的支撑底座的结构示意图；

图5是本发明提供的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试方法的流程图；

附图标记：

1：支架； 2：滑动组件； 3：支撑底座；

4：夹紧组件； 5：连接件； 21：载荷滑台；

22：连接结构； 31：支撑台； 32：支撑块；

33：台阶； 34：通孔； 35：水平滑槽；

41：夹紧件； 42：卡接块； 221：安装块；

222：连接杆； 411：夹头； 412：槽口；

413：连接孔； 414：垫片； 416：缺口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图5描述本发明的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置及方法。

如附图1、附图2和附图3所示，可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置包括有支架1、滑动组件2、支撑底座3和至少两组夹紧组件4。

具体来说，滑动组件2与支架1滑动连接，滑动组件2位于支撑底座3的下方。支撑底座3固定安装在支架1的上端，支撑底座3用于对待检测的复合材料层合板起到支撑作用。夹紧组件4包括有两个相互对称的夹紧件41，两组夹紧组件4的夹紧件41沿支撑底座3的中心处周向分布，夹紧件41与支撑底座3滑动连接。夹紧件41与滑动组件2之间设置有连接件5，连接件5的一端与夹紧件41的一端可转动连接，夹紧件41的另一端用于夹紧待检测的复合材料层合板，连接件5的另一端与滑动组件2可转动连接。

在使用时，将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座3上，并通过每组夹紧组件4的两个夹紧件41对复合材料层合板进行夹紧固定。

当需要进行预拉载荷的复合材料层合板冲击性能测试时，通过对滑动组件2施加向上的载荷，滑动组件2上移，连接件5在滑动组件2的带动下另一端往支撑底座3的内侧移动，一端往支撑底座3的外侧移动。而连接件5的一端与夹紧件41的一端连接，连接件5会对夹紧件41产生一个向支撑底座3外侧的力，即每一组夹紧组件4的两个夹紧件41均会同时受到向支撑座外侧的力，进而使得夹紧件41对复合材料层合板产生了预拉伸载荷，且复合材料层合板同时受到至少两组夹紧组件4的预拉伸载荷，实现了复合材料层合板同步双向受到预拉伸载荷，且冲击时仍保证在复合材料层合板的中心受力。

当需要进行预压载荷的复合材料层合板冲击性能测试时，通过对滑动组件2施加向下的载荷，使得滑动组件2下移，滑动组件2会同时带动连接件5下移，连接件5的另一端往支撑底座3的外侧转动，连接件5的一端则往支撑底座3的内侧转动，进而使得夹紧件41受到向支撑底座3的内侧的力，即每一组夹紧组件4的夹紧件41均会同时对复合材料层合板施加一个向内的预压伸载荷，且复合材料层合板同时被至少两组夹紧组件4夹持固定，则复合材料层合板同时受到至少两组的预压伸载荷，实现了复合材料层合板同步双向受到预压伸载荷，且冲击时仍保证在层合板中心受力。

进而实现了双向且同步对复合材料层合板施加预拉或预压载荷，克服了单方向加载应力不均匀、不同步的问题，确保了冲击时在复合材料层合板中心受力。

其中，如附图1和附图3所示，在本发明的可选实施例中，夹紧组件4的数量为两组，其中一组的夹紧组件4对复合材料层合板进行横向夹持固定，另一个夹紧组件4对复合材料层合板进行纵向夹持固定。在使用时，通过对滑动组件2施加外力，使得滑动组件2往上或往下移动，使得连接件5对夹紧件41产生向支撑底座3外侧或内侧的力，夹紧件41对复合材料层合板产生预拉伸载荷或预压伸载荷，进而实现了复合材料层合板同步双向受到预压伸载荷。但是应当了解，夹紧组件4的数量还可以是其他任何适合的数量。

进一步的，支架1上设置有多个竖直分布的垂直滑轨，滑动组件2与垂直滑轨滑动连接。在使用时，通过对滑动组件2施加向上或向下的力，使得滑动组件2可以沿着垂直滑轨上下滑动，进而带动连接件5对夹紧件41施加向支撑底座3外侧或内侧的力，使得复合材料层合板同时受到至少两组的预拉伸载荷或预压伸载荷。

进一步的，如附图2所示，滑动组件2包括有载荷滑台21以及与夹紧件41数量相等的连接结构22，连接结构22与夹紧件41一一对应，连接件5的另一端与连接结构22可转动连接。在使用时，。

其中，在本发明的可选实施例中，连接结构22包括有两个安装块221和连接杆222，两个安装块221固定安装在载荷滑台21上，连接杆222安装在两个安装块221之间，连接杆222与连接件5的另一端可转动连接。但是应当了解，连接结构22还可以是其他任何合适的能够使得连接件5的另一端与连接结构22转动连接的结构。

进一步的，如附图2和附图4所示，支撑底座3包括有支撑台31以及与夹紧件41数量相等的支撑块32，支撑块32固定安装在支架1上，支撑台31固定安装在多个支撑块32之间，支撑块32以支撑台31为中心周向分布。在使用时，将夹紧件41安装在两个支撑块32之间，且使得每组夹紧组件4的夹紧件41呈对称安装，然后将待检测的复合材料层合板安装在支撑块32上，使得复合材料层合板位于支撑台31的上方，然后通过夹紧件41将复合材料层合板进行夹紧固定，进而实现了对复合材料层合板的支撑以及固定，方便后续冲击测试的顺利进行。

其中，如附图2和附图4所示，支撑块32的上表面位于支撑台31的上表面的上方，支撑块32的下表面与支撑台31的下表面位于同一水平面上。在使用时，确保了可以将待检测的复合材料层合板安装在支撑块32上时使得复合材料层合板位于支撑台31的上方。且避免了支撑台31的下表面过低对滑动组件2的上移造成阻碍。

其中，如附图2和附图4所示，支撑块32的内侧角处设置有台阶33，台阶33位于支撑台31的上方。在使用时，将待检测的复合材料层合板放置在台阶33上，台阶33对复合材料层合板起到支撑作用，且保证了复合材料层合板位于支撑台31的上方。

其中，如附图1和附图4所示，支撑台31的中间位置设置有通孔34。在使用时，方便对复合材料层合板进行冲击，保证了冲击测试可以顺利进行。

其中，如附图2和附图4所示，支撑块32的接近支撑台31的侧壁面上设置有水平滑槽35，夹紧件41的侧壁面上设置有与滑槽相匹配的卡接块42。在使用时，将夹紧件41的卡接块42卡进水平滑槽35，使得夹紧件41只能沿着水平滑槽35滑动，进而保证了夹紧件41可以准确的对复合材料层合板产生预拉伸载荷或预压伸载荷。

进一步的，如附图3所示，夹紧件41包括有夹头411，夹头411的一端与连接件5的一端可转动连接，夹头411的另一端设置有槽口412，夹头411上还设置有多个连接孔413，连接孔413位于槽口412的上方。在使用时，将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座3上，然后将夹头411安装在支撑底座3上，使得复合材料层合板的边缘卡进槽口412，然后通过紧固件穿过连接孔413将复合材料层合板锁紧固定，确保了夹头411可以稳定的对复合材料层合板施加预拉伸载荷或预压伸载荷。

其中，如附图3所示，夹紧件41还包括有垫片414，垫片414安装在槽口412内。在使用时，将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座3上，然后将夹头411安装在支撑底座3上，使得复合材料层合板的边缘卡进槽口412，并使得复合材料层合板的上表面位于垫片414的下方，然后再通过紧固件穿过连接孔413抵住垫片414，对复合材料层合板施加向下的力将复合材料层合板进行锁紧固定，进一步增加了复合材料层合板的固定程度。

其中，如附图3所示，夹头411的另一端处设置有缺口415，缺口415的相对的两个侧壁面之间设置有连接轴416，连接轴416与连接件5可转动连接。在使用时，滑动组件2上移时，带动连接件5的另一端往支撑底座3的内侧移动，连接件5的一端与连接轴416发生相对转动并往支撑底座3的外侧移动，进而对夹紧件41产生一个向支撑底座3外侧的力使得夹紧件41对复合材料层合板产生了预拉伸载荷。滑动组件2下移时，带动连接件5的另一端往支撑底座3的外侧移动，连接件5的一端与连接轴416发生相对转动并往支撑底座3的内侧移动，进而对夹紧件41产生向支撑底座3的内侧的力，使得夹紧件41对复合材料层合板产生了预压伸载荷。

另一方面，如附图5所示，本发明还提供一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试方法，包括：

S1：将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座上；

S2：利用至少两组夹紧组件的夹紧件对所述复合材料层合板进行夹紧固定；

S3：向滑动组件施加向下的载荷，所述滑动组件下移并带动连接件对所述夹紧件施加向所述支撑底座内侧的力，所述夹紧件对所述复合材料层合板施加向内侧的载荷，使得所述复合材料层合板同时受到至少两个方向的预拉伸载荷；

或：

向所述滑动组件施加向上的载荷，所述滑动组件上移并带动所述连接件对所述夹紧件施加向所述支撑座外侧的力，所述夹紧件对所述复合材料层合板施加向外侧的载荷，使得所述复合材料层合板同时受到至少两个方向的预压伸载荷。

在使用时，先将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座3上，然后通过夹紧组件4的两个夹紧件41对复合材料层合板的同一个方向上的两端进行夹紧固定，本发明设置有至少两组夹紧组件4，则可以对复合材料层合板同时在至少两个方向上进行夹紧固定。

通过液压机等施力设备对滑动组件2施加向上的载荷，使得滑动组件2上移，滑动组件2上移会带动连接件5的另一端与滑动组件2之间发生相对转动，且连接件5的另一端会往支撑底座3的内侧移动，进而带动连接件5的一端与夹紧件41之间发生相对转动，连接件5的一端会往支撑座的外侧移动，且由于夹紧件41滑动安装在支撑底座3上，夹紧件41只能相对于支撑底座3水平移动，则夹紧件41会对复合材料层合板产生预拉伸载荷，且复合材料层合板同时受到至少两组夹紧组件4的预拉伸载荷，实现了复合材料层合板同步双向受到预拉伸载荷。

通过液压机等施力设备对滑动组件2施加向下的载荷，使得滑动组件2下移，滑动组件2下移会带动连接件5的另一端与滑动组件2之间发生相对转动，且连接件5的另一端会往支撑底座3的外侧移动，进而带动连接件5的一端与夹紧件41之间发生相对转动，连接件5的一端会往支撑座的内侧移动，且由于夹紧件41滑动安装在支撑底座3上，夹紧件41只能相对于支撑底座3水平移动，则夹紧件41会对复合材料层合板产生预压伸载荷，且复合材料层合板同时受到至少两组夹紧组件4的预拉伸载荷，实现了复合材料层合板同步双向受到预压伸载荷。

进而实现了双向且同步对复合材料层合板施加预拉或预压载荷，克服了单方向加载应力不均匀、不同步的问题，确保了冲击时在复合材料层合板中心受力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，包括有支架、滑动组件、支撑底座和至少两组夹紧组件；

所述滑动组件与所述支架滑动连接，所述滑动组件位于所述支撑底座的下方；

所述支撑底座固定安装在所述支架的上端，所述支撑底座用于对待检测的复合材料层合板起到支撑作用；

所述夹紧组件包括有两个相互对称的夹紧件，两组所述夹紧组件的所述夹紧件沿所述支撑底座的中心处周向分布，所述夹紧件与所述支撑底座滑动连接；

所述夹紧件与所述滑动组件之间设置有连接件，所述连接件的一端与所述夹紧件的一端可转动连接，所述夹紧件的另一端用于夹紧待检测的复合材料层合板，所述连接件的另一端与所述滑动组件可转动连接。

2.根据权利要求1所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述滑动组件包括有载荷滑台以及与所述夹紧件数量相等的连接结构，所述连接结构与所述夹紧件一一对应，所述连接件的另一端与所述连接结构可转动连接。

3.根据权利要求1或2所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述支撑底座包括有支撑台以及与所述夹紧件数量相等的支撑块，所述支撑块固定安装在所述支架上，所述支撑台固定安装在多个所述支撑块之间，所述支撑块以所述支撑台为中心周向分布。

4.根据权利要求3所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述支撑块的内侧角处设置有台阶，所述台阶位于所述支撑台的上方。

5.根据权利要求3所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述支撑台的中间位置设置有通孔。

6.根据权利要求3所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述支撑块的接近所述支撑台的侧壁面上设置有水平滑槽，所述夹紧件的侧壁面上设置有与所述滑槽相匹配的卡接块。

7.根据权利要求1或2所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述夹紧件包括有夹头，所述夹头的一端与所述连接件的一端可转动连接，所述夹头的另一端设置有槽口，所述夹头上还设置有多个连接孔，所述连接孔位于所述槽口的上方。

8.根据权利要求7所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述夹紧件还包括有垫片，所述垫片安装在所述槽口内。

9.根据权利要求7所述的可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试装置，其特征在于，所述夹头的另一端处设置有缺口，所述缺口的相对的两个侧壁面之间设置有连接轴，所述连接轴与所述连接件可转动连接。

10.一种可同步双向施加预载荷的复合材料冲击测试方法，其特征在于，包括：

将待检测的复合材料层合板放置在支撑底座上；

利用至少两组夹紧组件的夹紧件对所述复合材料层合板进行夹紧固定；

向滑动组件施加向下的载荷，所述滑动组件下移并带动连接件对所述夹紧件施加向所述支撑底座内侧的力，所述夹紧件对所述复合材料层合板施加向内侧的载荷，使得所述复合材料层合板同时受到至少两个方向的预拉伸载荷；

或：

向所述滑动组件施加向上的载荷，所述滑动组件上移并带动所述连接件对所述夹紧件施加向所述支撑座外侧的力，所述夹紧件对所述复合材料层合板施加向外侧的载荷，使得所述复合材料层合板同时受到至少两个方向的预压伸载荷。

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