CN204831912U - 用于复合材料力学性能的测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了用于复合材料力学性能的测试设备，包括：动力装置，用于垂直方向上的升降；夹装装置，所述夹装装置与所述动力装置连接，所述夹装装置用于夹装试件；检测装置，所述检测装置用于检测力学性能；工作站，与所述检测装置电连接；其特征在于：还包括形变检测器，所述形变检测器安装在所述夹装装置内。该结构设计合理，能够在测试拉伸的情况下，同时测试形变的复合材料测试设备。

Description

用于复合材料力学性能的测试设备

技术领域

本发明涉及一种复合材料的测试设备，用于测量复合材料的力学性能，是一种材料力学性能检测设备。

背景技术

复合材料的测试设备是用于检测材料力学性能的，具体的讲是适用于对金属、非金属材料进行拉伸、压缩等力学性能测试。能够检测能出材料的最大力值、屈服力值、断裂力值及最大伸长量、屈服伸长量等材料性能的设备。

但是，在实际运用过程中，由于测试拉伸和测试形变的装置的结构不一致，需要分别在两台测试设备上测试，就需要测试两次，而且需要准备两份试件，这样操作还会影响测试的一致性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，能够在测试拉伸的情况下，同时测试形变的复合材料测试设备。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该复合材料测试设备，包括：动力装置、夹装装置、检测装置、工作站以及形变检测器，动力装置用于垂直方向上的升降；，夹装装置与动力装置连接，夹装装置用于夹装试件；检测装置用于检测力学性能；与检测装置电连接；形变检测器安装在夹装装置内。

在上述任一方案中优选的是，夹装装置包括底板、固定板、一号内夹板、一号外夹板、导杆、顶板、二号内夹板和二号外夹板，固定板固定在底板上，一号内夹板安装在固定板上，一号外夹板与一号内夹板配合，导杆有固定端和升降端，固定端固定在底板上，顶板与升降端活动连接，二号内夹板安装于顶板，二号外夹板与二号内夹板配合，一号内夹板与一号外夹板都设置有卡槽，二号内夹板与二号外夹板都设置有卡槽。

在上述任一方案中优选的是，形变检测器安装在内夹板的卡槽内。

在上述任一方案中优选的是，在形变检测器与内夹板之间设置有柔性材料。

在上述任一方案中优选的是，形变检测器包括基板、固定在基板上的多束光导纤维束以及与光导纤维束连接的光检测器。

在上述任一方案中优选的是，光导纤维素为U形结构，有两类的光导纤维束，同类光导纤维束平行排列，异类光导纤维束垂直排列。

在上述任一方案中优选的是，形变检测器包正极层、压敏材料层、负极层和主板，正极层、压敏材料层和负极层依次叠合，正极层上设置有互相孤立的测试点，每个正测试点电连接主板，在负极层上相应的位置设置有负测试点，每个负测试点电连接主板。

在上述任一方案中优选的是，动力装置为伺服电机或者液压装置。

在上述任一方案中优选的是，还包括水平移动装置，水平移动装置与夹装装置连接。

在上述任一方案中优选的是，还包括扭转装置，扭转装置与夹装装置连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：在夹装装置内设置了形变检测器能直接在拉伸的时候直接快速地检测试件的形变特征，能够做到一次检测，得到两种数据，方便快捷，使得本发明的复合材料测试设备具有多种用途。

附图说明

图1是实施例中夹装装置的主视结构示意图。

图2是实施例中夹装装置的剖视结构示意图。

图3是实施例中一号内夹板的主视结构示意图。

图4是实施例中一号内夹板的左视结构示意图。

图5是实施例中一号内夹板的剖视结构示意图。

图6是实施例中一号外夹板的主视结构示意图。

图7是实施例中一号外夹板的左视结构示意图。

图8是实施例中底板的主视结构示意图。

图9是实施例中底板的俯视结构示意图。

图10是实施例中导杆的结构示意图。

图11是实施例中固定板的主视结构示意图。

图12是实施例中固定板的左视结构示意图。

图13是实施例中固定板的仰视结构示意图。

图14是实施例中夹装装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本实施例中的一种复合材料测试设备包括动力装置、夹装装置、检测装置、工作站、形变检测器、水平移动装置和扭转装置。动力装置用于垂直方向上的升降，在试件在垂直方向拉伸测试的时候需要将试件拉长。夹装装置能够夹住试件，夹装装置与动力装置连接，在拉伸测试的时候需要检测拉伸的力有多少，所以需要检测装置，检测装置用于检测力学性能。本实施例中，动力装置为伺服电机，伺服电机与检测装置电连接，本发明中，动力装置可以为液压装置。本实施例中，形变检测器安装在夹装装置内。本实施例中的夹装装置详细内容见下文，形变检测器与顶板相连。形变检测器能够检测试件的形变量，而集成在夹装装置内能够使得复合材料测试设备同时具有两种功能。水平移动装置与夹装装置连接、扭转装置。扭转装置与夹装装置连接。水平移动装置和夹装装置配合，水平移动装置包括一转动杆，转动杆与二号内夹板配合，当转动杆转动的时候，使得二号内夹板偏移，从而可以检测试件的切变应力。同理，扭住装置安装在伺服电机与顶板的连接件上，当扭转装置启动的时候，顶板微扭转，从而能够测得试件的扭转量。

本实施例中，形变检测器安装在内夹板的卡槽内。在形变检测器与内夹板之间设置有柔性材料。柔性材料可以使得形变检测器与试件之间具有一定的变形空间，而且可以防止形变检测器与卡槽底部的碰撞，延长形变检测器的使用时间。

形变检测器与试件接触，并且在外夹板与内夹板的挤压下能够仅仅贴在试件表面，进行检测。本实施例中，形变检测器包括基板、固定在基板上的多束光导纤维束以及与光导纤维束连接的光检测器。光导纤维束为U形结构，有两类的光导纤维束，同类光导纤维束平行排列，异类光导纤维束垂直排列。多束光导纤维束具有传到光线的能力，U形结构能够使得光导纤维束的两端都连接在光检测器上，如果试件发生形变则贴紧在试件上的形变检测器也发生相应变形，从而测得变形量。本发明中，形变检测器还可以为另一种方式实现，形变检测器包正极层、压敏材料层、负极层和主板，正极层、压敏材料层和负极层依次叠合，正极层上设置有互相孤立的测试点，每个正测试点电连接主板，在负极层上相应的位置设置有负测试点，每个负测试点电连接主板。

本发明的复合材料测试设备使用的时候，将试件的放入一号内夹板与二号内夹板的卡槽内，然后将一号外夹板和二号外夹板固定在一号内夹板与二号内夹板上，以固定试件，然后启动伺服电机，令试件拉伸，试件拉伸之后就可以检测各种力学数据，在试件断裂之前，可以使用水平移动装置和/或扭转装置以检测各种力学指标。

图1、图2和图14示出了一种复合材料测试设备夹装装置，该夹装装置包括底板、固定板、一号内夹板、一号外夹板、导杆、顶板、二号内夹板和二号外夹板，固定板固定在底板上，一号内夹板安装在固定板上，一号外夹板与一号内夹板配合，导杆有固定端和升降端，固定端固定在底板上，顶板与升降端活动连接，二号内夹板安装于顶板，二号外夹板与二号内夹板配合，一号内夹极与一号外夹板都设置有卡槽，二号内夹板与二号外夹板都设置有卡槽。本实施例中夹装装置还包括垫板，垫板为能承受强压力的，垫板具有低弹性。其中一号内夹板和二号内夹板统称为内夹板，一号外夹板和二号外夹板统称为外夹板。

图8和图9示出了底板，底板质量比较大，稳定性好。底板上设置有卡装固定板的凹槽，凹槽与固定板紧配合。底板上设置有两通孔，导杆安装在通孔内，导杆与底板通过键连接。导杆上的键连接孔与键之间紧配合。

底板上设置有四个螺纹孔，固定板在相应的位置设置有通孔，穿过通过的开槽沉头螺钉令固定板与底板固定。底板凹槽底部与固定板底部设置有互相契合的凹凸部位，消除底板与固定板之间的震动。

图11、图12和图13示出了固定板，固定板为L形结构，固定板包括横板和竖板组成，横板嵌入到底板内，将横板嵌入到底板内使得可以方便并且准确的定位固定板，而且安装和拆卸也很方便。横板与竖板交界处设有小型凹槽，该小型凹槽可以卡装垫板。使用小型凹槽卡装可以方便定位垫板，也可以在使用过程中防止垫板移位。

本发明中，固定板还可以为半开放结构，以方便拆装内夹板和外夹板，固定板的L形结构可以使得既能够稳定的固定内夹板，又能够使得固定可以卡接在地板上，由于外夹板不直接固定在固定板或者底板上，所以外夹板可以灵活更换，在使用过程中，可以调整外夹板的细微质量，以平衡各方面的质量分布，降低微笑的扰动对测试设备的影响。固定板的表面经过一定的硬化处理，以使得固定板可以与内夹板之间稳固连接。

图3、图4和图5示出一号内夹板。本实施例中，一号内夹板固定在固定板上，在本发明中一号内夹板和固定板可以为一体铸造，一体铸造的固定板与一号夹板虽然减少了更换的灵活性，但是能够减小固定板与一号夹板之间微小空隙对测试设备所产生的影响。

本实施例中，一号内夹板的卡槽底部设置至少一个凸出部，如图4所示，卡槽底部的凸出部连续排练，且相邻两个凸出部之间没有空隙。本实施例中，凸出部主要是圆台状结构，而圆台的母线与轴之间的角度为45度，这个角度为设计与制造的最佳角度。在本发明中，凸出部是在卡槽内布满设置，凸出部可以使得试件与卡槽底部有一定的缓冲作用，不直接领试件与卡槽底部接触，以防止在测试的过程中由于试件与内夹板之间的微小移动而对内夹板造成磨损，降低内夹板的使用寿命，另外过多的磨损对试件来说电会造成一定的细微形变，使得测试不准确。

本实施例中，凸出部天然其有一定的弹性，虽然凸出部也是使用刚度比较大的金属制造而成，但是有与凸出部所呈现的形状令其具有一定弹性。凸出部之所以不适用光滑的半圆形结构，是因为半圆形结构虽然减小了与试件的接触面积而降低了磨损和对测试精确度的影响，但是小面积接触令凸出部与试件之间产生很大的压强，从而产生形变，影响测试。

本实施例中，一号内夹板的卡槽为长条性结构的通槽，与试件的形状相互匹配。一号内夹板还设置有与固定板连接的螺孔，而该螺孔的数量为两个，位置正好位于一号内夹板的中部，卡槽也位于一号内夹板的中部，当然螺孔与卡槽位于一号内夹板的两个面，且螺孔与卡槽不贯穿。

一号内夹板整体的形状为，包括主体部分和四个臂膀部分，主体部分是设置卡槽，以及连接固定板螺孔的部位，需要注意的是主体部分的厚度必须高于其宽度的二分之一，从而令其具有基本的强度以承受四个臂膀的扭转的力量。每个臂膀部位都开设有连接外夹板所用通孔，该通孔形状一般为圆形，大小占臂膀部位的百分之六十左右。本实施例中，为了一令号内夹板具有更好的与一号外夹板配合，在一号内夹板通孔的周围设置有凸出的圆环状结构，而圆环与一号内夹板的通孔贯通，而圆环状结构可以插入到一号外夹板相应的通孔内。使得一号内夹板与一号外夹板更加紧密的配合，可以减小误差以及降低一号内夹板和一号外夹板之间的相对移动。

图6和图7示出了一号外夹板，一号外夹板整体结构上与一号内夹板整体相似，但是一号外夹板不具有与固定板连接的部位。为此一号外夹板在结构上更加简洁，一号外夹板也具有与一号内夹板相互匹配的凸出部。一般来讲一号内夹板与一号外夹板之间是相互匹配的，由于一号内夹板与一号外夹板之间需要相互贴紧，且相互之间产生很大的力，所以一号内夹板与一号外夹板需要紧贴的那个面需要深度清洁处理，以保证相对干净。由于一号内夹板和一号外夹板相互配合夹装试件，而一号内夹板又固定在固定板上，所以一号外夹板具有一定的调整质量以及质量分布自由度。本发明中，一号外夹板在背面设置有众多圆形凹槽，一号外夹板的背面是指设置卡槽的反面，还有与这些圆形凹槽紧配合的小型填充物，圆形凹槽尺寸小，数量多。在使用过程中，如果在测试过程中发现设备质量整体上不够平衡，可以通过调节加入小型填充物的位置以及数量来平衡设备的性能。使得测试的精度更高。

本实施例中，一号内夹板与一号外夹板通过四个螺栓连接。当然本发明还可以有更好的连接方式。

图10示出了导杆，导杆有固定端和升降端，固定端固定在底板上，顶板与升降端活动连接。导杆为长条形结构，是为了令顶板能够在导杆上下移动，为此导杆的升降端插入顶板的通孔，令顶板能够上下自由移动，以使设备能够正常运行。导杆表面必须做光滑处理，以降低在升降过程中的摩擦噪音，提高测试精度。本实施例中，导杆一般为两根，分别对称设置，导杆采用刚度很强的材质制成，防止导杆的微小形变。

图1、图2和图14示出了夹装装置的整体结构。其中二号内夹板与顶板之间可以直接连接，还可以再二号内夹板与顶板之间设置有固定板。

本实施例中，二号内夹板与顶板之间设置有固定板，固定板固定在顶板上，固定板与内夹板连接。二号外夹板与二号内夹板配合。本实施例中，二号内夹板与一号内夹板的形状以及结构都是相同的，所以没有专门的图示出二号内夹板，同理二号外夹板与一号外夹板的形状和结构也都是一样的，所以也没有专门的图示出二号外夹板。

本实施例中，顶板上部连接有液压装置或者电压力装置，顶板直接传导压力，而顶板是可以移动的，顶板是可以在导杆上做上下移动的。顶板、固定在顶板上的固定板、二号内夹板和二号外夹板整体上可以上下移动。使得移动部件整体上质量比较大，令运行过程中振动产生比较小。本实施例中，固定在顶板上的固定板与二号内夹板之间设置有垫板，固定在顶板上的固定板与二号外夹板之间也设置有垫板，这两个垫板可以为同一垫板。垫板为防震动板，可以减小震动。

本实施例中，在内夹板与外夹板之间设置有微型压力测试机构。一号内夹板与一号外夹板之间设置有一号微型压力测试机构。二号内夹板与二号外夹板之间设置有二号微型压力测试机构。微型压力测试机构是用于测量微小的压力以及压力变化的机构，微型压力测试机构与电脑直接连接。在测试设备测试之前，需要将试件的上端安装在二号内夹板与二号外夹板之间，而将试件的下端安装在一号内夹板与一号外夹板之间，试件都卡装在内夹板与外夹板卡槽所形成的空间内，由凸出部卡紧试件。但是在测试过程中，由于一号内夹板与一号外夹板之间的压力、二号内夹板与二号外夹板之间的压力如果相差很大，就会使得试件的上部与试件的下部受理差距过大，而令试件变形，这样会降低测试的可信度。为此在一号内夹板与一号外夹板之间设置有一号微型压力测试机构。二号内夹板与二号外夹板之间设置有二号微型压力测试机构。通过比对数据，可以方便的调节两者之间的压力，以协调试件上下部之间的受力状况。

微型压力测试机构还能在测试的过程中实时监测测试是否正常进行，如果二号微型压力测试机构的数值明显大于一号微型压力测试机构，那就说明试件的上部正在膨胀，而这将导致测试结果的不准确，必须调整。

通过整合微型压力测试机构在一定时间上的压力变化，可以知道扰动测试设备的振动集中在那些频率上，依照这些频率可以推测出这些频率大概出在那些部件之间，以此调整夹装装置的安装。微型压力测试机构由液压测试器和套装在液压测试器外的弹簧组成，结构简单，且使用安全方便。

本实施例中，在一号内夹板与二号内夹板之间设置有形变感应板。可以在测试复合材料的过程中，同时测量试件的形变量。

本实施例中，在顶板上安装有位移检测装置和震动检测装置。

本实施例中的复合材料测试设备夹装装置，使用过程如下，将试件的上部安装到二号内夹板的卡槽内，然后将二号外夹板固定在二号内夹板上；将试件的下部安装在一号内夹板的卡槽内，然后将一号外夹板固定在一号内夹板上。然后启动测试设备，顶板在电脑的控制下，逐渐移动以测试试件的各种力学性能。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于复合材料力学性能的测试设备，包括：

动力装置，用于垂直方向上的升降；

夹装装置，所述夹装装置与所述动力装置连接，所述夹装装置用于夹装试件；

检测装置，所述检测装置用于检测力学性能；

工作站，与所述检测装置电连接；

其特征在于：还包括形变检测器，所述形变检测器安装在所述夹装装置内。

2.根据权利要求1所述的复合材料测试设备，其特征在于：所述夹装装置包括底板、固定板、一号内夹板、一号外夹板、导杆、顶板、二号内夹板和二号外夹板，固定板固定在底板上，一号内夹板安装在固定板上，一号外夹板与一号内夹板配合，导杆有固定端和升降端，固定端固定在底板上，顶板与升降端活动连接，二号内夹板安装于顶板，二号外夹板与二号内夹板配合，一号内夹板与一号外夹板都设置有卡槽，二号内夹板与二号外夹板都设置有卡槽。

3.据权利要求2所述的复合材料测试设备，其特征在于：所述形变检测器安装在所述内夹板的卡槽内。

4.据权利要求3所述的复合材料测试设备，其特征在于：在所述形变检测器与所述内夹板之间设置有柔性材料。

5.据权利要求1所述的复合材料测试设备，其特征在于：所述形变检测器包括基板、固定在基板上的多束光导纤维束以及与所述光导纤维束连接的光检测器。

6.据权利要求5所述的复合材料测试设备，其特征在于：所述光导纤维素为U形结构，有两类所述的光导纤维束，同类光导纤维束平行排列，异类光导纤维束垂直排列。

7.据权利要求1所述的复合材料测试设备，其特征在于：所述形变检测器包正极层、压敏材料层、负极层和主板，所述正极层、所述压敏材料层和所述负极层依次叠合，所述正极层上设置有互相孤立的测试点，每个所述正测试点电连接所述主板，在所述负极层上相应的位置设置有负测试点，每个所述负测试点电连接所述主板。

8.据权利要求1所述的复合材料测试设备，其特征在于：所述动力装置为伺服电机或者液压装置。

9.据权利要求1所述的复合材料测试设备，其特征在于：还包括水平移动装置，所述水平移动装置与所述夹装装置连接。

10.据权利要求1所述的复合材料测试设备，其特征在于：还包括扭转装置，所述扭转装置与所述夹装装置连接。