CN115420594A - 复合材料层合板压缩试验夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料层合板压缩试验夹具，用于对试验件进行压缩试验，所述试验件在长度方向上具有夹持段和工作段，包括用于夹持固定所述夹持段的夹持固定装置、相对设置以夹持所述工作段的支撑块和压块及连接所述支撑块和所述压块的弹性连接组件，所述支撑块与所述夹持固定装置之间及所述压块与所述夹持固定装置之间分别在所述试验件的长度方向上留有间隙；所述弹性连接组件被配置为允许所述压块在所述工作段弯曲变形或厚度方向自由胀大的作用下背向所述支撑块运动。本发明能防止薄板试验件在承受压缩载荷时发生屈曲，并且能有效传递压缩载荷，保证试验结果的准确性。

Description

复合材料层合板压缩试验夹具

技术领域

本发明涉及复合材料力学试验夹具领域，具体涉及一种复合材料层合板压缩试验夹具。

背景技术

出于节能减重的考虑，复合材料薄板已经应用于民用飞机机体结构中。然而目前对复合材料薄板的压缩性能测试研究较少，标准ASTM D6641—采用组合加载压缩(CLC)试验夹具测量聚合物基复合材料层压板压缩性能的试验方法中提供了一种组合加载即由端部压力和夹具剪切力共同传递压缩载荷的压缩试验夹具，但该夹具不适用于太薄的试验件，因为太薄的试验件在压缩试验中容易产生屈曲，从而导致错误且偏低的层合板压缩强度，在这种情况下必须减小试验件工作段长度或增加试验件厚度，但减小工作段长度后可能导致没有足够的空间以粘贴应变片。

在复合材料压缩防屈曲装置方面，授权公告号为CN215812069U的实用新型专利，提出了一种复合材料压缩试验夹具，由剪切力传递压缩载荷，该夹具可以降低压缩屈曲趋势，从而获得有效的压缩性能数据；申请公布号为CN112557182A的发明专利，提供了一种用于复合材料拉伸压缩疲劳试验的防失稳夹具，能有效地防止试验件在受压缩力的过程中出现失稳。上述两项专利均对试验件工作段进行刚性夹持，即试验件工作段在厚度方向约束固定不可调，可能导致压缩载荷传递受阻，从而导致压缩试验结果不准确，同时对于准脆性破坏的复合材料来说，在试验件破坏的瞬间容易对试验夹具带来损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种复合材料层合板压缩试验夹具，它能防止薄板试验件在承受压缩载荷时发生屈曲，并且能有效传递压缩载荷，保证试验结果的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种复合材料层合板压缩试验夹具，用于对试验件进行压缩试验，所述试验件在长度方向上具有夹持段和工作段，包括：

用于夹持固定所述夹持段的夹持固定装置；

相对设置以夹持所述工作段的支撑块和压块，所述支撑块与所述夹持固定装置之间及所述压块与所述夹持固定装置之间分别在所述试验件的长度方向上留有间隙；

连接所述支撑块和所述压块的弹性连接组件，所述弹性连接组件被配置为允许所述压块在所述工作段弯曲变形或厚度方向自由胀大的作用下背向所述支撑块运动。

进一步，所述弹性连接组件具有至少一个，所述弹性连接组件包括：

连接于所述支撑块的连接件；

与所述连接件螺纹连接的连接螺栓，所述连接螺栓的头部伸入所述压块以将所述压块、试验件及支撑块顶压在一起；

形变方向与所述连接螺栓的轴向一致的弹性元件，所述弹性元件的一端部与所述连接件相抵接，另一端部与所述压块相抵接。

进一步为了可以对所述连接螺栓的头部起到导向作用以方便所述连接螺栓的头部伸入所述压块，所述压块上开设有锥形孔，所述连接螺栓的头部呈锥形，并与所述锥形孔相匹配，所述锥形孔的大端位于所述压块的远离所述支撑块侧，所述连接螺栓的头部伸入所述锥形孔。

进一步为了可以在宽度方向上约束所述工作段，所述支撑块开设有沿所述试验件的长度方向贯穿的凹槽，所述凹槽用于放置所述工作段，所述凹槽的宽度与所述工作段的宽度相匹配；所述压块设有沿所述试验件的长度方向延伸的凸出块，所述凸出块与所述凹槽相匹配以顶压所述工作段。

进一步，所述支撑块和所述压块均开设有应变片槽和导线通孔，所述应变片槽用于容纳所述工作段上所粘贴的应变片，所述导线通孔用于允许所述应变片的导线穿过。

进一步，复合材料层合板压缩试验夹具还包括：

用于支撑所述支撑块和所述压块的支撑座；

配置于所述支撑座和所述夹持固定装置之间的滑动导向机构，所述滑动导向机构用于导向所述夹持固定装置沿所述试验件的长度方向移动。

进一步提供了一种滑动导向机构的具体结构，所述滑动导向机构包括至少两个导向组件，所述导向组件包括固定在所述支撑座上的导向杆及安装于所述夹持固定装置的导向套，所述导向套与所述导向杆滑动配合。

进一步提供了一种夹持固定装置的具体结构，所述夹持固定装置包括：

安装板，所述安装板的平行于所述试验件的宽度方向的两个侧面分别设有若干第一螺纹孔；

相对设置以共同夹持所述夹持段的两个滑动板，所述滑动板被配置为可沿所述试验件的厚度方向滑动；

若干紧固螺栓，所述紧固螺栓与相应第一螺纹孔螺纹连接，用于在旋进后抵紧相应滑动板。

进一步为了可以对滑动板进行预定位，所述夹持固定装置还包括若干定位螺栓，所述安装板开设有若干个平行于所述试验件的厚度方向的腰形孔，所述滑动板开设有第二螺纹孔，所述定位螺栓穿过所述腰形孔后与所述第二螺纹孔螺纹连接，所述滑动板通过所述定位螺栓与所述腰形孔的配合滑动装配在所述安装板上。

进一步为了防止所述定位螺栓影响到压缩所述安装板，所述定位螺栓为沉头螺栓，所述腰形孔为沉头腰形孔。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的复合材料层合板压缩试验夹具的支撑块和压块之间采用弹性连接组件连接，弹性连接组件允许所述压块在所述工作段弯曲变形或厚度方向自由胀大的作用下背向所述支撑块运动，为试验件弯曲变形或厚度方向的自由胀大提供了空间，能有效地传递压缩载荷，保证了试验结果的准确性，同时能防止在压缩过程中或试验件破坏瞬间对夹具产生损伤；

2、本发明的弹性连接组件采用连接螺栓和弹性元件相配合的结构，连接螺栓可旋进或旋出以调整支撑块和压块之间的距离，进而使得本发明适用于不同厚度的复合材料层合板，尤其对薄板也适用，能有效防止试验件在压缩过程中产生屈曲，从而获得有效的压缩性能数据；

3、本发明的复合材料层合板压缩试验夹具为试验件粘贴应变片以及连接应变片的导线留有空间，方便测试试验过程中应变大小。

附图说明

图1为本发明实施例中的复合材料层合板压缩试验夹具的立体示意图；

图2为本发明实施例中的安装板的俯视立体示意图；

图3为本发明实施例中的安装板的仰视立体示意图；

图4为本发明实施例中的支撑块、压块和弹性连接组件组合后的立体示意图；

图5为本发明实施例中的支撑块的立体示意图；

图6为本发明实施例中的支撑块的正视图；

图7为图6沿A-A方向的剖面结构示意图；

图8为本发明实施例中的压块的立体示意图；

图9为本发明实施例中的压块的正视图；

图10为图9沿B-B方向的剖面结构示意图；

图11为本发明实施例中的连接螺栓的示意图；

图12为本发明实施例中的支撑座的立体示意图；

其中：1-夹持固定装置、11-安装板、12-腰形孔、13-定位螺栓、14-贯穿孔、15-紧固螺栓、16-滑动板、17-安装槽、21-支撑块、22-压块、23-连接件、24-连接螺栓、25-弹性元件、211-凹槽、212-螺纹连接孔、213-应变片槽、214-导线通孔、221-凸出块、222-锥形孔、3-支撑座、4-试验件、5-导向杆。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。在本实施例的描述中，除非另有说明，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位为基于附图所示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～12所示，一种复合材料层合板压缩试验夹具，用于对试验件4进行压缩试验，所述试验件4在长度方向上具有夹持段和工作段，包括：

用于夹持固定所述夹持段的夹持固定装置1；

相对设置以夹持所述工作段的支撑块21和压块22，所述支撑块21与所述夹持固定装置1之间及所述压块22与所述夹持固定装置1之间分别在所述试验件4的长度方向上留有间隙；

连接所述支撑块21和所述压块22的弹性连接组件，所述弹性连接组件被配置为允许所述压块22在所述工作段弯曲变形或厚度方向自由胀大的作用下背向所述支撑块21运动。

具体地，本实施例的复合材料层合板压缩试验夹具的支撑块21和压块22之间采用弹性连接组件连接，弹性连接组件允许所述压块22在所述工作段弯曲变形或厚度方向自由胀大的作用下背向所述支撑块21运动，为试验件4弯曲变形或厚度方向的自由胀大提供了空间，能有效地传递压缩载荷，保证了试验结果的准确性，同时能防止在压缩过程中或试验件4破坏瞬间对夹具产生损伤。

如图1、4所示，所述弹性连接组件具有至少一个，所述弹性连接组件包括：

连接于所述支撑块21的连接件23；

与所述连接件23螺纹连接的连接螺栓24，所述连接螺栓24的头部伸入所述压块22以将所述压块22、试验件4及支撑块21顶压在一起；

形变方向与所述连接螺栓24的轴向一致的弹性元件25，所述弹性元件25的一端部与所述连接件23相抵接，另一端部与所述压块22相抵接。

在本实施例中，所述连接件23呈L型，所述支撑块21的侧面开设有螺纹连接孔212，所述连接件23的一个端部通过螺栓与所述螺纹连接孔212的配合固定连接在所述支撑块21上，所述连接螺栓24与所述连接件23的另一个端部螺纹连接。

在本实施例中，所述弹性元件25可以为弹簧，也可以为弹性垫片。

具体地，本实施例的弹性连接组件采用连接螺栓24和弹性元件25相配合的结构，连接螺栓24可旋进或旋出以调整支撑块21和压块22之间的距离，进而使得本发明适用于不同厚度的复合材料层合板，尤其对薄板也适用，能有效防止试验件4在压缩过程中产生屈曲，从而获得有效的压缩性能数据。

如图8、9、10所示，为了可以对所述连接螺栓24的头部起到导向作用以方便所述连接螺栓24的头部伸入所述压块22。所述压块22上开设有锥形孔222，所述连接螺栓24的头部呈锥形，并与所述锥形孔222相匹配，所述锥形孔222的大端位于所述压块22的远离所述支撑块21侧，所述连接螺栓24的头部伸入所述锥形孔222。

具体地，所述压块22开设锥形孔222，所述连接螺栓24的头部呈与所述锥形孔222相匹配的锥形，所述连接螺栓24与的头部所述锥形孔222相配合利用了楔子原理，即，在压缩试验过程中，试验件4产生弯曲变形或厚度方向的自由胀大，从而挤压压块22、压缩弹性元件25，导致连接螺栓24插入锥形孔222越深，由于楔子原理，连接螺栓24与压块22之间配合越紧，压块22位置越稳定，从而利用压块22防止试验件4在压缩试验过程中产生过度变形或发生屈曲。

在本实施例中，所述连接螺栓24不接触所述试验件4。

如图5、6所示，为了可以在宽度方向上约束所述工作段，所述支撑块21开设有沿所述试验件4的长度方向贯穿的凹槽211，所述凹槽211用于放置所述工作段，所述凹槽211的宽度与所述工作段的宽度相匹配；

所述压块22设有沿所述试验件4的长度方向延伸的凸出块221，所述凸出块221与所述凹槽211相匹配以顶压所述工作段。

如图5、6、7、8、9、10所示，所述支撑块21和所述压块22均开设有应变片槽213和导线通孔214，所述应变片槽213用于容纳所述工作段上所粘贴的应变片，所述导线通孔214用于允许所述应变片的导线穿过。

在本实施例中，所述导线通孔214穿透所述压块22或所述支撑块21的厚度方向。

具体地，本发明的复合材料层合板压缩试验夹具为试验件4粘贴应变片以及连接应变片的导线留有空间，方便测试试验过程中应变大小。

如图1、12所示，复合材料层合板压缩试验夹具还包括：

用于支撑所述支撑块21和所述压块22的支撑座3；

配置于所述支撑座3和所述夹持固定装置1之间的滑动导向机构，所述滑动导向机构用于导向所述夹持固定装置1沿所述试验件4的长度方向移动。

如图1、12所示，所述滑动导向机构包括至少两个导向组件，所述导向组件包括固定在所述支撑座3上的导向杆5及安装于所述夹持固定装置1的导向套，所述导向套与所述导向杆5滑动配合。

在本实施例中，支撑座3上还螺纹连接有夹紧螺栓，通过夹紧螺栓顶紧导向杆5，以防止导向杆5晃动。

如图1、2、3所示，所述夹持固定装置1包括：

安装板11，所述安装板11的平行于所述试验件4的宽度方向的两个侧面分别设有若干第一螺纹孔；

相对设置以共同夹持所述夹持段的两个滑动板16，所述滑动板16被配置为可沿所述试验件4的厚度方向滑动；

若干紧固螺栓15，所述紧固螺栓15与相应第一螺纹孔螺纹连接，用于在旋进后抵紧相应滑动板16。

在本实施例中，所述安装板11开设有安装槽17，两个滑动板16对称置于安装槽17的中间部位，所述滑动板16的长度与所述安装槽17的长度一致。

如图1、2、3所示，为了可以对滑动板16进行预定位，所述夹持固定装置1还包括若干定位螺栓13，所述安装板11开设有若干个平行于所述试验件4的厚度方向的腰形孔12，所述滑动板16开设有第二螺纹孔，所述定位螺栓13穿过所述腰形孔12后与所述第二螺纹孔螺纹连接，所述滑动板16通过所述定位螺栓13与所述腰形孔12的配合滑动装配在所述安装板11上。

在本实施例中，所述顶板上开设有至少两个贯穿孔14，所述导向套安装于所述贯穿孔14。

如图1、2、3所示，为了防止所述定位螺栓13影响到压缩所述安装板11，所述定位螺栓13为沉头螺栓，所述腰形孔12为沉头腰形孔。

本实施例的复合材料层合板压缩试验夹具的安装和使用说明如下：

S1，组装支撑块21、压块22及弹性连接组件：

先将连接件23连接在支撑块21上，然后将试验件4放置于支撑块21的凹槽211中，试验件4的夹持段位于凹槽211外，试验件4的下端与支撑块21和压块22的下端平齐，将试验件4上的应变片导线穿过支撑块21上导线通孔214，再将压块22的凸出块221压在试验件4上，同时将试验件4另一面的应变片导线穿过压块22上导线通孔214；将连接螺栓24拧入连接件23，并在连接螺栓24上套上弹簧，然后将连接螺栓24插入压块22上的锥形孔222内，拧紧连接螺栓24直至压块22压紧试验件4；

S2，将S1中组装好的结构与夹持固定装置1相连：

先将滑动板16放入安装槽17内适当的位置，使两个滑动板16之间的间隙大致与试验件4的厚度相等，轻微拧紧定位螺栓13，将滑动板16与安装板11初步连接；然后将夹持固定装置1置于S1中组装好的结构上方，使试验件4的夹持段置于两个滑动板16之间的间隙内，并使试验件4的上端与安装槽17的底部平齐，此过程中可通过微调定位螺栓13在腰形孔12内的位置，使两个滑动板16夹紧试验件4；调整好试验件4的位置后，将定位螺栓13进行最终拧紧，然后使用扭力扳手对称拧入紧固螺栓15，使紧固螺栓15顶压在滑动板16的侧面；

S3，安装支撑座3：

将导向杆55安装在支撑座3上，使用两侧的夹紧螺栓将导向杆55夹紧；

最后将夹持固定装置1与支撑座3相连，使支撑座3上的两个导向杆33穿过顶安装板上的两个贯穿孔14，并将压块22和支撑块21放置于支撑座3上；

S4，将上述安装好的试验件4和复合材料层合板压缩试验夹具放置于压缩试验机试验台上，调整好试验件4的位置使试验件4受力方向与试验件4加载方向对齐，然后将试验件4上的应变片导线连接到应变仪，设置好试验参数，开始加载，直到试样件4破坏，停止试验并记录试验结果，从试验机上取下试验件4和复合材料层合板压缩试验夹具。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种复合材料层合板压缩试验夹具，用于对试验件(4)进行压缩试验，所述试验件(4)在长度方向上具有夹持段和工作段，其特征在于，

包括：

用于夹持固定所述夹持段的夹持固定装置(1)；

相对设置以夹持所述工作段的支撑块(21)和压块(22)，所述支撑块(21)与所述夹持固定装置(1)之间及所述压块(22)与所述夹持固定装置(1)之间分别在所述试验件(4)的长度方向上留有间隙；

连接所述支撑块(21)和所述压块(22)的弹性连接组件，所述弹性连接组件被配置为允许所述压块(22)在所述工作段弯曲变形或厚度方向自由胀大的作用下背向所述支撑块(21)运动。

2.根据权利要求1所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述弹性连接组件具有至少一个，所述弹性连接组件包括：

连接于所述支撑块(21)的连接件(23)；

与所述连接件(23)螺纹连接的连接螺栓(24)，所述连接螺栓(24)的头部伸入所述压块(22)以将所述压块(22)、试验件(4)及支撑块(21)顶压在一起；

形变方向与所述连接螺栓(24)的轴向一致的弹性元件(25)，所述弹性元件(25)的一端部与所述连接件(23)相抵接，另一端部与所述压块(22)相抵接。

3.根据权利要求2所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述压块(22)上开设有锥形孔(222)，所述连接螺栓(24)的头部呈锥形，并与所述锥形孔(222)相匹配，所述锥形孔(222)的大端位于所述压块(22)的远离所述支撑块(21)侧，所述连接螺栓(24)的头部伸入所述锥形孔(222)。

4.根据权利要求1所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述支撑块(21)开设有沿所述试验件(4)的长度方向贯穿的凹槽(211)，所述凹槽(211)用于放置所述工作段，所述凹槽(211)的宽度与所述工作段的宽度相匹配；

所述压块(22)设有沿所述试验件(4)的长度方向延伸的凸出块(221)，所述凸出块(221)与所述凹槽(211)相匹配以顶压所述工作段。

5.根据权利要求1或4所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述支撑块(21)和所述压块(22)均开设有应变片槽(213)和导线通孔(214)，所述应变片槽(213)用于容纳所述工作段上所粘贴的应变片，所述导线通孔(214)用于允许所述应变片的导线穿过。

6.根据权利要求1所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

还包括：

用于支撑所述支撑块(21)和所述压块(22)的支撑座(3)；

配置于所述支撑座(3)和所述夹持固定装置(1)之间的滑动导向机构，所述滑动导向机构用于导向所述夹持固定装置(1)沿所述试验件(4)的长度方向移动。

7.根据权利要求6所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述滑动导向机构包括至少两个导向组件，所述导向组件包括固定在所述支撑座(3)上的导向杆(5)及安装于所述夹持固定装置(1)的导向套，所述导向套与所述导向杆(5)滑动配合。

8.根据权利要求1所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述夹持固定装置(1)包括：

安装板(11)，所述安装板(11)的平行于所述试验件(4)的宽度方向的两个侧面分别设有若干第一螺纹孔；

相对设置以共同夹持所述夹持段的两个滑动板(16)，所述滑动板(16)被配置为可沿所述试验件(4)的厚度方向滑动；

若干紧固螺栓(15)，所述紧固螺栓(15)与相应第一螺纹孔螺纹连接，用于在旋进后抵紧相应滑动板(16)。

9.根据权利要求8所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述夹持固定装置(1)还包括若干定位螺栓(13)，所述安装板(11)开设有若干个平行于所述试验件(4)的厚度方向的腰形孔(12)，所述滑动板(16)开设有第二螺纹孔，所述定位螺栓(13)穿过所述腰形孔(12)后与所述第二螺纹孔螺纹连接，所述滑动板(16)通过所述定位螺栓(13)与所述腰形孔(12)的配合滑动装配在所述安装板(11)上。

10.根据权利要求9所述的复合材料层合板压缩试验夹具，其特征在于，

所述定位螺栓(13)为沉头螺栓，所述腰形孔(12)为沉头腰形孔。

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