CN115326549B

CN115326549B - 一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机

Info

Publication number: CN115326549B
Application number: CN202211269062.3A
Authority: CN
Inventors: 贺小华; 龙慧梅
Original assignee: New Asia New Intelligent Technology Nantong Co ltd
Current assignee: New Asia New Intelligent Technology Nantong Co ltd
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2042-10-17
Also published as: CN115326549A

Abstract

本发明公开了一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，包括机架，所述机架设有升降横杆，所述升降横杆与机架分别设有夹持头，所述机架上侧设有侧推剪切装置。本发明通过两个弧形剪切板去挤压碳纤维复合材料，能够对碳纤维复合材料的对应位置形成上下位置的多个剪切顶起位置，从而额外的通过制定苛刻的厂内检验方法，从而多方位的验证，碳纤维复合材料拉伸、剪切、扭曲、局部顶进等试验参数，充分检验碳纤维复合材料的综合性能。

Description

一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机

技术领域

本发明涉及材料试验装备技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机。

背景技术

碳纤维复合材料以其重量轻、比强度比刚度大、耐腐蚀等优点，已经被广泛应用于航空、航天、车辆、建筑以及船舶等领域。目前，碳纤维复合材料越来越多的用于承力结构中，其所受到的应力状况越来越复杂，且碳纤维复合材料为各向异性材料，纤维角度、铺层顺序对材料性能影响极大。

现有技术公开了专利申请号为CN202110127553.3的用于碳纤维复合材料性能测试的多轴试验机及试验方法，其特点是：包括具有移动平台的Stewart并联机构、门式立架、两个对心夹紧装置，每个对心夹紧装置上各设置一试样夹头，门式立架包括底座、两根立柱、上梁及T型移动架，T型移动架包括横向连接臂和纵向伸出臂，横向连接臂的两端分别活套在两根立柱上，并用连接件紧固定位。

上述装置能够在空间多个自由度运动、对碳纤维复合材料机械性进行各轴方向及多种加载模式下的力学测试，然而材料在现实运用环境中，不仅只存在多轴载荷下的力学性能测，还涉及撕裂、剪切等方面的试验需求，是上述装置所不具备的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，从而解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，包括机架，所述机架设有升降横杆，所述升降横杆与机架分别设有夹持头，所述机架上侧设有侧推剪切装置；

所述侧推剪切装置包括支撑座，所述支撑座上侧固定连接横板，所述横板设有滑槽，所述滑槽内滑动连接滑块，所述滑块上侧固定连接竖杆，所述竖杆上端固定连接支杆，所述支杆端头相反转动连接两个弧形剪切板，所述横板固定连接推杆，所述推杆端头设置压力传感器，所述压力传感器固定连接在竖杆一侧。

优选地，所述夹持头包括铰接球，所述铰接球固定连接圆杆，所述圆杆端头固定连接支撑板，所述支撑板对称滑动连接两个滑动块，每个滑动块上固定连接一个夹持板。

优选地，所述推杆为电动推杆、伸缩气缸或液压油缸。

优选地，所述侧推剪切装置还包括两个支撑柱，支撑柱上端固定连接导轨，所述支撑座底部设置导向槽，支撑座通过导向槽滑动连接在导轨上。

优选地，所述导轨的横断面呈“T”型或燕尾形。

优选地，所述支撑座一侧螺纹连接锁紧杆，锁紧杆伸入导向槽内并能够抵紧在导轨侧面。

优选地，所述锁紧杆端头固定连接加力杆。

优选地，所述支杆端头固定连接驱动电机，所述驱动电机的主轴固定连接驱动轴，其中一个弧形剪切板与驱动轴固定连接，另一个弧形剪切板与驱动轴转动连接，驱动轴端头固定连接第一同步轮，支杆转动连接传动杆，传动杆端头固定连接第二同步轮，第一同步轮与第二同步轮通过同步带相连接，传动杆中部固定连接联动齿轮，与驱动轴转动连接的弧形剪切板一侧固定连接齿环，齿环与驱动轴同轴，齿环与联动齿轮相啮合。

优选地，两个弧形剪切板层叠设置。

优选地，所述弧形剪切板的外弧面两端分别设置有圆角。

本发明的优点在于：本发明所提供的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机通过将碳纤维复合材料夹持在两个夹持头之间，两个弧形剪切板在由侧面挤压碳纤维复合材料时，两个弧形剪切板之间形成错位A区域，在将形成该错位形状的两个弧形剪切板去挤压碳纤维复合材料，能够对碳纤维复合材料的对应位置形成上下位置的多个剪切顶起位置，从而额外的通过制定苛刻的厂内检验方法，从而多方位的验证，碳纤维复合材料拉伸、剪切、扭曲、局部顶进等试验参数，充分检验碳纤维复合材料的综合性能。

本发明通过通过夹持头顺势倾斜，避免由于夹持位置不能动，而直接造成碳纤维复合材料与夹持位置处撕裂开，使得侧推剪切装置能够起到良好的试验环境，从而便于将推力施加到弧形剪切板顶住的位置，减小干扰项，从而更加符合试验的设计要求。

本发明通过通过调整支撑座在导轨上的位置，使得弧形剪切板环绕到碳纤维复合材料的斜侧方位置后对碳纤维复合材料进行挤压，角度的选择多样，使得碳纤维复合材料还会形成侧向的撕裂作用，从而能够模拟不同角度对材料进行作用的工况，便于全面验证材料的性能。

附图说明

图1是本发明的基本结构示意图；

图2是本发明中夹持头的结构示意图；

图3是本发明中侧推剪切装置与导轨的连接结构示意图；

图4是图3中的E处局部放大图；

图5是本发明的支撑座与横板的连接结构示意图；

图6是本发明的弧形剪切板的连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-6所示，本发明提供的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，包括机架1，所述机架1设有升降横杆2，现有技术中的升降横杆2一般使用丝杠滑块副驱使升降，所述升降横杆2与机架1分别设有夹持头3，所述机架1上侧设有侧推剪切装置4；

所述侧推剪切装置4包括支撑座41，所述支撑座41上侧固定连接横板42，所述横板42设有滑槽43，所述滑槽43内滑动连接滑块44，所述滑块44上侧固定连接竖杆45，所述竖杆45上端固定连接支杆46，所述支杆46端头相反转动连接两个弧形剪切板47，所述横板42固定连接推杆48，所述推杆48为电动推杆、伸缩气缸或液压油缸，所述推杆48端头设置压力传感器49，压力传感器49用于记录推杆48施加的推力，所述压力传感器49固定连接在竖杆45一侧。

本发明通过将碳纤维复合材料夹持在两个夹持头3之间，如图6所示，两个弧形剪切板47在由侧面挤压碳纤维复合材料时，两个弧形剪切板47之间形成错位A区域，在将形成该错位形状的两个弧形剪切板47去挤压碳纤维复合材料，能够对碳纤维复合材料的对应位置形成上下位置的多个剪切顶起位置，从而额外的通过制定苛刻的厂内检验方法，从而多方位的验证，碳纤维复合材料拉伸、剪切、扭曲、局部顶进等试验参数，充分检验碳纤维复合材料的综合性能。

所述夹持头3包括铰接球31，铰接球31与对应的升降横杆2、机架1球形铰接，所述铰接球31固定连接圆杆32，所述圆杆32端头固定连接支撑板33，所述支撑板33对称滑动连接两个滑动块34，每个滑动块34上固定连接一个夹持板35，支撑板33两端固定连接堵板，两个堵板之间转动连接双向螺杆36，两个滑动块34对应螺纹连接在双向螺杆36的正反螺纹段上，双向螺杆36转动使得两个夹持板35夹持或分开，夹持板35设有防滑齿能够对碳纤维复合材料牢固夹持两端。

在试验时，由于侧推剪切装置4形成侧推顶进，通过夹持头3顺势倾斜，避免由于夹持位置不能动，而直接造成碳纤维复合材料与夹持位置处撕裂开，使得侧推剪切装置4能够起到良好的试验环境，从而便于将推力施加到弧形剪切板47顶住的位置，减小干扰项，从而更加符合试验的设计要求。

由碳纤维复合材料制成的产品在收到破坏性冲击时，受力方向不仅处于与碳纤维复合材料正对的位置，因此，所述侧推剪切装置4还包括两个支撑柱411，支撑柱411上端固定连接导轨412，所述支撑座41底部设置导向槽413，支撑座41通过导向槽413滑动连接在导轨412上，所述导轨412的横断面呈“T”型或燕尾形，所述支撑座41一侧螺纹连接锁紧杆414，锁紧杆414伸入导向槽413内并能够抵紧在导轨412侧面，所述锁紧杆414端头固定连接加力杆415。

碳纤维复合材料被两个夹持头3夹持后，侧推剪切装置4可以由碳纤维复合材料的中部垂直对碳纤维复合材料进行挤压，还可以通过调整支撑座41在导轨412上的位置，使得弧形剪切板47环绕到碳纤维复合材料的斜侧方位置后对碳纤维复合材料进行挤压，角度的选择多样，使得碳纤维复合材料还会形成侧向的撕裂作用，从而能够模拟不同角度对材料进行作用的工况，便于全面验证材料的性能。

所述支杆46端头固定连接驱动电机461，所述驱动电机461的主轴固定连接驱动轴462，其中一个弧形剪切板47与驱动轴462固定连接，另一个弧形剪切板47与驱动轴462转动连接，驱动轴462端头固定连接第一同步轮463，支杆46转动连接传动杆464，传动杆464端头固定连接第二同步轮465，第一同步轮463与第二同步轮465通过同步带466相连接，传动杆464中部固定连接联动齿轮467，与驱动轴462转动连接的弧形剪切板47一侧固定连接齿环468，齿环468与驱动轴462同轴，齿环468与联动齿轮467相啮合，两个弧形剪切板47层叠设置，所述弧形剪切板47的外弧面两端分别设置有圆角471。

驱动电机461驱使其中一个弧形剪切板47转动，通过第一同步轮463与第二同步轮465同步转动，齿环468与联动齿轮467使得另一个弧形剪切板47向相反方向转动，如图6中A处高凸的区域，对应的在对碳纤维复合材料形成的凹坑形成对应变化，从而对碳纤维复合材料形成的压坑范围形成变化，为试验增加多种苛刻条件，从而全面验证材料的性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，包括机架（1），所述机架（1）设有升降横杆（2），所述升降横杆（2）与机架（1）分别设有夹持头（3），其特征在于：所述机架（1）上侧设有侧推剪切装置（4）；

所述侧推剪切装置（4）包括支撑座（41），所述支撑座（41）上侧固定连接横板（42），所述横板（42）设有滑槽（43），所述滑槽（43）内滑动连接滑块（44），所述滑块（44）上侧固定连接竖杆（45），所述竖杆（45）上端固定连接支杆（46），所述支杆（46）端头相反转动连接两个弧形剪切板（47），所述横板（42）固定连接推杆（48），所述推杆（48）端头设置压力传感器（49），所述压力传感器（49）固定连接在竖杆（45）一侧；

所述侧推剪切装置（4）还包括两个支撑柱（411），支撑柱（411）上端固定连接导轨（412），所述支撑座（41）底部设置导向槽（413），支撑座（41）通过导向槽（413）滑动连接在导轨（412）上。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述夹持头（3）包括铰接球（31），所述铰接球（31）固定连接圆杆（32），所述圆杆（32）端头固定连接支撑板（33），所述支撑板（33）对称滑动连接两个滑动块（34），每个滑动块（34）上固定连接一个夹持板（35）。

3.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述推杆（48）为电动推杆、伸缩气缸或液压油缸。

4.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述导轨（412）的横断面呈“T”型或燕尾形。

5.根据权利要求4所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述支撑座（41）一侧螺纹连接锁紧杆（414），锁紧杆（414）伸入导向槽（413）内并能够抵紧在导轨（412）侧面。

6.根据权利要求5所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述锁紧杆（414）端头固定连接加力杆（415）。

7.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述支杆（46）端头固定连接驱动电机（461），所述驱动电机（461）的主轴固定连接驱动轴（462），其中一个弧形剪切板（47）与驱动轴（462）固定连接，另一个弧形剪切板（47）与驱动轴（462）转动连接，驱动轴（462）端头固定连接第一同步轮（463），支杆（46）转动连接传动杆（464），传动杆（464）端头固定连接第二同步轮（465），第一同步轮（463）与第二同步轮（465）通过同步带（466）相连接，传动杆（464）中部固定连接联动齿轮（467），与驱动轴（462）转动连接的弧形剪切板（47）一侧固定连接齿环（468），齿环（468）与驱动轴（462）同轴，齿环（468）与联动齿轮（467）相啮合。

8.根据权利要求7所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：两个弧形剪切板（47）层叠设置。

9.根据权利要求7所述的一种用于碳纤维复合材料性能测试的试验机，其特征在于：所述弧形剪切板（47）的外弧面两端分别设置有圆角（471）。