CN117606909A - 一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大尺寸复合材料薄板层合板压缩性能测试技术领域，具体为一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，试验装置包括压缩试验加载设备、设置在所述压缩试验加载设备上的压缩试验夹具；所述压缩试验加载设备包括底面平台、设置在所述底面平台上的立柱、横置于所述立柱顶部的横梁上端、设置在所述横梁上端上的液压作动器、设置在所述液压作动器底端的夹持端、连接于所述夹持端上的压块；所述压缩试验夹具包括设置在所述底面平台上的支撑夹具、设置在所述支撑夹具上部的上夹具、设置在所述支撑夹具下部的下夹具。本发明能够保证大尺寸薄板在压缩过程中处于纯压缩状态，有效解决了大尺寸薄板压缩时屈曲、根部破坏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及大尺寸复合材料薄板层合板压缩性能测试技术领域，具体为一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法。
背景技术
复合材料层合板现多应用与航空器外防护结构，易受冲击载荷而破坏，而冲击损伤后的剩余性能是结构损伤容限评估及修复方案确定的基础，因此需对复合材料层合板进行冲击后压缩性能试验。
复合材料层合板冲击后压缩试验一般参考ASTM D7137含损伤聚合物基复合材料板压缩剩余强度性能的标准试验方法或GB/T21239-2022纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验方法等进行。但针对大尺寸复合材料薄板，采用上述标准方法改装增大后的试验夹具进行冲击后压缩试验时，破坏区域发生层合板预留的自由行程段破坏以及侧刀口夹紧部分，而非冲击损伤区域，破坏形式不是典型的冲击后压缩破坏形式。而采用两端增大夹持范围的方法能够解决端部及侧刀口破坏问题，但复合材料层合板由于厚度较薄，在压缩过程中首先发生屈曲，最终破坏位置为夹持端根部，因此该方法无法保证试验件处于压缩状态，无法满足大尺寸薄板冲击后剩余压缩强度测试的需求。
目前，有报道对复合材料薄板压缩防屈曲优化设计，如公开专利“复合材料层合板压缩试验夹具”(申请号：CN202211069921.4，公开号：CN115420594A)通过支撑块、压块和弹性组件配合限制复合材料层合板压缩面外位移，但所述装置不能用于大尺寸复合材料薄板，试验件适应性较低，且试验破坏过程无法观测。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，包括压缩试验加载设备、设置在所述压缩试验加载设备上的压缩试验夹具、被夹持于所述压缩试验夹具上的试验件；
所述压缩试验加载设备包括底面平台、设置在所述底面平台上的立柱、横置于所述立柱顶部的横梁上端、设置在所述横梁上端上的液压作动器、设置在所述液压作动器底端的夹持端、连接于所述夹持端上的压块；
所述压缩试验夹具包括设置在所述底面平台上的支撑夹具、设置在所述支撑夹具上部的上夹具、设置在所述支撑夹具下部的下夹具，所述上夹具的下端与所述下夹具的上端对应开设有以构成观测窗的观测口。
优选地，所述支撑夹具包括设置于所述底面平台上的第一竖支撑、第二竖支撑、第三竖支撑、第四竖支撑，所述第一竖支撑、第二竖支撑、第三竖支撑、第四竖支撑均采用肋加强结构。
优选地，所述下夹具包括第三C型块、第四C型块，所述第三C型块、第四C型块的两端以及所述第一竖支撑、第二竖支撑、第三竖支撑、第四竖支撑的下部各开有一排通孔。
优选地，所述第三C型块通过下螺栓及通孔连接于所述第一竖支撑、第三竖支撑的下部，所述第四C型块通过下螺栓及通孔连接于所述第二竖支撑、第四竖支撑的下部，所述试验件的下端插入于所述第三C型块与所述第四C型块之间。
优选地，所述第三C型块、第四C型块上端开设的观测口均宽100mm、高50mm。
优选地，所述上夹具包括相对分布的第一C型块、第二C型块，所述第一C型块、第二C型块的两端各开有一排沉头孔，所述第一C型块与所述第二C型块通过上螺栓及沉头孔相互连接，所述试验件的上端被夹持于所述第一C型块与所述第二C型块之间。
优选地，所述第一C型块、第二C型块下端开设的观测口均宽100mm、高50mm。
优选地，所述第一C型块与所述第二C型块之间、所述第三C型块与所述第四C型块之间且位于所述试验件两侧垫有与所述试验件相同厚度的橡胶垫。
一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置的使用方法，应用上述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，包括以下步骤：
步骤一、试验件准备：
根据试验测量设备，对试验件进行预处理，若采用应变片测量，则在试验件中间区域粘贴应变片，若采用DIC测量，则在试验件表面喷涂参考漆；
步骤二、上夹具安装：
将试验件放置在第一C型块、第二C型块之间，保证试验件上端与第一C型块、第二C型块的顶部齐平，在试验件上端两侧且位于第一C型块、第二C型块之间的位置垫置两个与试验件厚度相同的橡胶垫，接着，采用上螺栓依次穿过第一C型块上的沉头孔、橡胶垫、第二C型块上的沉头孔进行连接，上螺栓与螺母尺寸不能超出沉头孔；
步骤三、下夹具安装：
将试验件的下端插入第三C型块与第四C型块之间，保证试验件的下端与第三C型块、第四C型块的底部平齐，在试验件下端两侧且位于第三C型块、第四C型块之间的位置垫置两个与试验件相同厚度的橡胶垫，接着，左侧采用下螺栓依次穿过第一竖支撑、第三C型块、橡胶垫、第四C型块、第二竖支撑进行连接，右侧采用下螺栓依次穿过第三竖支撑、第三C型块、橡胶垫、第四C型块、第四竖支撑进行连接；
步骤四、压缩试验加载设备安装：
将安装好的试验夹具放置在底面平台上，保证试验件的中心与液压作动器在同一水平轴线上；
步骤五、测量设备布置：
若采用应变片测量，则将应变片与采集装置相连；若采用DIC测量，则布置DIC测量系统并调整DIC设备聚焦至试验件的观察窗口处；
步骤六：静压加载：
在试验件的上端放置压块，采用液压作动器缓慢加载直至试验件破坏，试验时通过试验机传感器记录载荷、位移数据，采用应变片或DIC记录应变数据。
本发明的有益效果是：
本发明通过提供一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，通过采用大面积夹块固定了薄板两端，将加载载荷均匀传递到试验件上端；四周采用刚度较大的竖支撑进行支撑，大大降低了压缩试验中失稳弯曲的发生；试验件两端垫有橡胶垫保证了试验件的平行度与同轴度，确保了破坏发生在冲击损伤区域；在中间区域位置预留了观察口，方便观察层合板试件压缩试验情况。本发明能够保证大尺寸薄板在压缩过程中处于纯压缩状态，有效解决了大尺寸薄板压缩时屈曲、根部破坏的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明中压缩试验夹具的立体结构示意图；
图3为本发明中压缩试验夹具的俯视结构示意图；
图4为本发明中上端C型块的立体结构示意图；
图5为本发明中下端C型块的立体结构示意图；
图6为本发明支撑的立体结构示意图；
图7为本发明的流程图。
图中：1、试验件；2、第一C型块；3、第二C型块；4、第三C型块；5、第四C型块；6、第一竖支撑；7、第二竖支撑；8、第三竖支撑；9、第四竖支撑；10、压块；11、液压作动器；12、夹持端；13、底面平台；14、立柱；15、横梁上端；16、下螺栓；17、橡胶垫；18、沉头孔；19、通孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1至图6所示，一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，包括压缩试验加载设备、压缩试验夹具。其中，所述压缩试验加载设备包括压块10、液压作动器11、夹持端12、底面平台13、立柱14、横梁上端15。
所述立柱14设置在所述底面平台13上，所述横梁上端15横置于所述立柱14的上端，所述液压作动器11安装于所述横梁上端15上，所述夹持端12连接于所述液压作动器11的底部，所述压块10与所述夹持端12连接。
所述压缩试验夹具包括上夹具、下夹具、支撑夹具。所述上夹具由第一C型块2、第二C型块3组成。所述第一C型块2、第二C型块3均为上端C型块，所述第一C型块2、第二C型块3的下端均开有宽100mm、高50mm的观测口，且所述第一C型块2、第二C型块3的两端各开有一排沉头孔18，在本实施例中，每排沉头孔18的数量为六个。
所述下夹具由第三C型块4、第四C型块5组成。所述第三C型块4、第四C型块5均为下上端C型块，所述第三C型块4、第四C型块5的上端均开有宽100mm、高50mm的观测口，且所述第三C型块4、第四C型块5的两端各开有一排通孔19，在本实施例中，每排通孔19的数量为三个。
所述支撑夹具由第一竖支撑6、第二竖支撑7、第三竖支撑8、第四竖支撑9所组成。每根竖支撑主体为一块L型钢，并采用肋进行加强，以保证竖支撑的刚度；在竖支撑的下端开有一排通孔19，在本实施例中，每排通孔19的数量为三个。竖支撑上的通孔19与所述第三C型块4、第四C型块5的通孔19位置一一对应。
试验件安装时，首先进行上夹具安装，再进行下夹具安装。上夹具安装时，将试验件1的上端放置在第一C型块2与第二C型块3之间，保证试验件1的上端与第一C型块2、第二C型块3的顶部平齐；在试验件1的两侧且位于第一C型块2与第二C型块3之间垫有相同厚度的橡胶垫17，然后，采用上螺栓依次穿过第一C型块2、橡胶垫17、第二C型块3连接，上螺栓与螺母尺寸不能超出沉头孔18。
下夹具安装时，将试验件1的下端插入第三C型块4与第四C型块5之间，保证试验件1的下端与第三C型块4、第四C型块5的底部平齐；在试验件1的两侧且位于第三C型块4与第四C型块5之间垫有相同厚度橡胶垫17，之后左侧采用下螺栓16依次穿过第一竖支撑6、第三C型块4、橡胶垫17、第四C型块5、第二竖支撑7进行连接，右侧采用下螺栓16依次穿过第三竖支撑8、第三C型块4、橡胶垫17、第四C型块5、第四竖支撑9进行连接。
如图7所示，一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置的使用方法，应用上述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，主要分为试验件准备、上夹具安装、下夹具安装、加载系统安装、测量设备布置、静压加载六个部分，具体步骤如下：
步骤一、试验件准备：
根据试验测量设备，对试验件1进行预处理，若采用应变片测量，则在试验件1中间区域粘贴应变片，若采用DIC测量，则在试验件1表面喷涂参考漆。
步骤二、上夹具安装：
将试验件1放置在第一C型块2、第二C型块3之间，保证试验件1上端与第一C型块2、第二C型块3的顶部齐平，在试验件1上端两侧且位于第一C型块2、第二C型块3之间的位置垫置两个与试验件1厚度相同的橡胶垫17，接着，采用上螺栓依次穿过第一C型块2上的沉头孔18、橡胶垫17、第二C型块3上的沉头孔18进行连接，上螺栓与螺母尺寸不能超出沉头孔18。
步骤三、下夹具安装：
将试验件1的下端插入第三C型块4与第四C型块5之间，保证试验件1的下端与第三C型块4、第四C型块5的底部平齐，在试验件1下端两侧且位于第三C型块4、第四C型块5之间的位置垫置两个与试验件1相同厚度的橡胶垫17，接着，左侧采用下螺栓16依次穿过第一竖支撑6、第三C型块4、橡胶垫17、第四C型块5、第二竖支撑7进行连接，右侧采用下螺栓16依次穿过第三竖支撑8、第三C型块4、橡胶垫17、第四C型块5、第四竖支撑9进行连接。
步骤四、压缩试验加载设备安装：
将安装好的试验夹具放置在底面平台13上，保证试验件1的中心与液压作动器11在同一水平轴线上。
步骤五、测量设备布置：
若采用应变片测量，则将应变片与采集装置相连；若采用DIC测量，则布置DIC测量系统并调整DIC设备聚焦至试验件1的观察窗口处。
步骤六：静压加载：
在试验件的上端放置压块10，采用液压作动器11缓慢加载直至试验件1破坏，试验时通过试验机传感器记录载荷、位移等数据，采用应变片或DIC记录应变数据。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，其特征在于：包括压缩试验加载设备、设置在所述压缩试验加载设备上的压缩试验夹具、被夹持于所述压缩试验夹具上的试验件(1)；
所述压缩试验加载设备包括底面平台(13)、设置在所述底面平台(13)上的立柱(14)、横置于所述立柱(14)顶部的横梁上端(15)、设置在所述横梁上端(15)上的液压作动器(11)、设置在所述液压作动器(11)底端的夹持端(12)、连接于所述夹持端(12)上的压块(10)；
所述压缩试验夹具包括设置在所述底面平台(13)上的支撑夹具、设置在所述支撑夹具上部的上夹具、设置在所述支撑夹具下部的下夹具，所述上夹具的下端与所述下夹具的上端对应开设有以构成观测窗的观测口。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，其特征在于：所述支撑夹具包括设置于所述底面平台(13)上的第一竖支撑(6)、第二竖支撑(7)、第三竖支撑(8)、第四竖支撑(9)，所述第一竖支撑(6)、第二竖支撑(7)、第三竖支撑(8)、第四竖支撑(9)均采用肋加强结构。
3.根据权利要求2所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，其特征在于：所述下夹具包括第三C型块(4)、第四C型块(5)，所述第三C型块(4)、第四C型块(5)的两端以及所述第一竖支撑(6)、第二竖支撑(7)、第三竖支撑(8)、第四竖支撑(9)的下部各开有一排通孔(19)。
4.根据权利要求3所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，其特征在于：所述第三C型块(4)通过下螺栓(16)及通孔(19)连接于所述第一竖支撑(6)、第三竖支撑(8)的下部，所述第四C型块(5)通过下螺栓(16)及通孔(19)连接于所述第二竖支撑(7)、第四竖支撑(9)的下部，所述试验件(1)的下端插入于所述第三C型块(4)与所述第四C型块(5)之间。
5.根据权利要求3所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，其特征在于：所述第三C型块(4)、第四C型块(5)上端开设的观测口均宽100mm、高50mm。
6.根据权利要求4所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，其特征在于：所述上夹具包括相对分布的第一C型块(2)、第二C型块(3)，所述第一C型块(2)、第二C型块(3)的两端各开有一排沉头孔(18)，所述第一C型块(2)与所述第二C型块(3)通过上螺栓及沉头孔(18)相互连接，所述试验件(1)的上端被夹持于所述第一C型块(2)与所述第二C型块(3)之间。
7.根据权利要求6所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，其特征在于：所述第一C型块(2)、第二C型块(3)下端开设的观测口均宽100mm、高50mm。
8.根据权利要求6所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置及使用方法，其特征在于：所述第一C型块(2)与所述第二C型块(3)之间、所述第三C型块(4)与所述第四C型块(5)之间且位于所述试验件(1)两侧垫有与所述试验件(1)相同厚度的橡胶垫(17)。
9.一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置的使用方法，其特征在于：应用权利要求1至8中任一项所述的一种大尺寸薄板冲击后压缩试验装置，包括以下步骤：
步骤一、试验件准备：
根据试验测量设备，对试验件(1)进行预处理，若采用应变片测量，则在试验件(1)中间区域粘贴应变片，若采用DIC测量，则在试验件(1)表面喷涂参考漆；
步骤二、上夹具安装：
将试验件(1)放置在第一C型块(2)、第二C型块(3)之间，保证试验件(1)上端与第一C型块(2)、第二C型块(3)的顶部齐平，在试验件(1)上端两侧且位于第一C型块(2)、第二C型块(3)之间的位置垫置两个与试验件(1)厚度相同的橡胶垫(17)，接着，采用上螺栓依次穿过第一C型块(2)上的沉头孔(18)、橡胶垫(17)、第二C型块(3)上的沉头孔(18)进行连接，上螺栓与螺母尺寸不能超出沉头孔(18)；
步骤三、下夹具安装：
将试验件(1)的下端插入第三C型块(4)与第四C型块(5)之间，保证试验件(1)的下端与第三C型块(4)、第四C型块(5)的底部平齐，在试验件(1)下端两侧且位于第三C型块(4)、第四C型块(5)之间的位置垫置两个与试验件(1)相同厚度的橡胶垫(17)，接着，左侧采用下螺栓(16)依次穿过第一竖支撑(6)、第三C型块(4)、橡胶垫(17)、第四C型块(5)、第二竖支撑(7)进行连接，右侧采用下螺栓(16)依次穿过第三竖支撑(8)、第三C型块(4)、橡胶垫(17)、第四C型块(5)、第四竖支撑(9)进行连接；
步骤四、压缩试验加载设备安装：
将安装好的试验夹具放置在底面平台(13)上，保证试验件(1)的中心与液压作动器(11)在同一水平轴线上；
步骤五、测量设备布置：
若采用应变片测量，则将应变片与采集装置相连；若采用DIC测量，则布置DIC测量系统并调整DIC设备聚焦至试验件(1)的观察窗口处；
步骤六：静压加载：
在试验件的上端放置压块(10)，采用液压作动器(11)缓慢加载直至试验件(1)破坏，试验时通过试验机传感器记录载荷、位移数据，采用应变片或DIC记录应变数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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