CN207095996U - 压剪力复合加载的复合板材性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了压剪力复合加载的复合板材性能测试装置。本实用新型包括液压油缸、轴力传感器、位移传感器、数据采集器、角度调节机构、转动件、传力杆和机架。液压油缸固定在机架上。轴力传感器及位移传感器均与液压油缸固定。轴力传感器及位移传感器均通过数据采集器与上位机连接。试件通过角度调节机构可拆卸固定在机架上。液压油缸的活塞杆外端与转动件构成转动副，转动件与传力杆构成滑动副。传力杆的一端与机架铰接，另一端固定有压力块。压力块与试件顶面接触。本实用新型能够同时对试件提供压力和剪切力，实现复合板材连接界面的疲劳性能检测。
Description
技术领域
本实用新型属于板材性能测试技术领域，具体涉及一种压剪力复合加载的复合板材性能测试装置。
背景技术
目前对于循环荷载作用下的层状复合板材结构疲劳分析问题，一般采用的是结构尺度下的材料强度方法，即基于应力结果和S-N曲线，通过线性或非线性的损伤累积理论来判断结构疲劳寿命，该方法是一种准静态、偏经验的方法，无法评估结构性能动态演化的过程。
高铁无砟轨道长期承受高速列车和环境因素的耦合作用，其耐久性一直是一个重要课题。高铁无砟轨道板由预制轨道板、灌注层和底板组成，预制轨道板与底板通过灌注层粘接；而无砟轨道板的破损一般出现在灌注层。高铁无砟轨道结构破损是由环境与动载等多因素反复耦合作用致关键工程材料损伤、裂纹扩展所引起的。在初始施工存在缺陷的情况下，材料损伤及裂纹扩展会导致结构刚度下降、性能退化。
高铁无砟轨道结构的劣化过程是相当复杂的，其实质是宏观尺度结构响应与细观尺度材料损伤间的相互耦合作用的累积；最后的破坏体现在整体层面，但是损伤却是起源于材料的微损伤这一最底层。因此，要真正了解结构破坏机理，需同时在材料开裂模拟、结构宏观响应两个层次、不同尺度上开展分析计算。
鉴于高速铁路桥梁的高占比及桥上无砟轨道结构层间连接界面的受力特点，考虑环境条件及初始缺陷的耦合作用，对循环加载条件下的高铁桥梁无砟轨道层间连接区的疲劳劣化分析方法开展研究，进行拉剪复合循环作用下界面疲劳劣化试验来验证分析方法的正确性，具有重要的科学意义和工程应用价值。
拉、压剪复合循环作用下界面疲劳劣化试验需要特殊的试验设备来进行。诺丁汉大学设计开发了动态剪切箱(The Dynamic Shear Box)；意大利马尔凯大学设计了ASTRA(Ancona Shear Testing Research and Analysis，安科纳剪切试验研究与分析)仪器。动态剪切箱采用尺寸为320mm×200mm的双层厚板，施加法向荷载和重复剪切荷载。ASTRA仪器能试验棱柱(设计尺寸为100mm×100mm)或圆柱(直径为94-100mm)双层试件。试验中，ASTRA仪器施加2.5mm/min的恒定位移率和垂直于界面平面的恒定竖向荷载，但该试验设备只能模拟竖向压入荷载与水平剪切荷载的耦合分析，不能解决常见的行车荷载造成的拉伸与剪切耦合特性分析。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种压剪力复合加载的复合板材性能测试装置。
本实用新型包括液压油缸、轴力传感器、位移传感器、数据采集器、角度调节机构、转动件、传力杆和机架。所述的液压油缸固定在机架上，液压油缸由变量柱塞泵驱动。所述的轴力传感器及位移传感器均与液压油缸固定。轴力传感器及位移传感器均通过数据采集器与上位机连接。试件通过角度调节机构可拆卸固定在机架上。
所述液压油缸的活塞杆外端与转动件构成转动副，转动件与传力杆构成滑动副。传力杆的一端与机架铰接，且铰接轴轴线到压力块的距离是铰接轴轴线到转动件距离的s倍，1.2≤s≤3。传力杆的另一端固定有压力块，压力块与试件顶面接触。
所述的角度调节机构包括横杆和卡箍。两根横杆平行设置，且横杆的两端均固有卡箍；四个卡箍分别箍紧机架上的四根竖杆。两根横杆均与试件的底面可拆卸固定。
本实用新型还包括加载控制器、液压伺服系统；所述的加载控制器通过液压伺服系统控制液压油缸活塞杆的运动方向及压力。
所述的加载控制器采用NI GPIB-USB控制器，数据采集器采用NIUSB-6000采集卡。
所述试件为通过粘合剂粘接的层状复合板材，试件的粘结层外边缘设置有电阻应变片。电阻应变片通过数据采集器与上位机连接。
本实用新型具有的有益效果是：
1、本实用新型能够同时对试件提供压力和剪切力，实现复合板材连接界面的疲劳性能检测。
2、本实用新型能够用于拉剪复合循环作用下高铁无砟轨道板的界面疲劳劣化试验，为高铁无砟轨道板的疲劳性能测试提供了一种简单实用的方式。
3、本实用新型将压力块与试件固定后，能够对试件进行拉剪力复合加载。
附图说明
图1为本实用新型的示意图；
图2为本实用新型的俯视图；
图3为图2中A-A截面的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1、2和3所示，压剪力复合加载的复合板材性能测试装置，包括加载控制器2、液压伺服系统3、液压油缸4、轴力传感器5、位移传感器6、数据采集器8、角度调节机构9、转动件10、传力杆11和机架。加载控制器2采用NI GPIB-USB控制器，数据采集器8采用NI USB-6000采集卡。
如图1和3所示，液压油缸4固定在机架上，液压油缸4由变量柱塞泵驱动。加载控制器2通过液压伺服系统3控制液压油缸4活塞杆的运动方向及压力。轴力传感器5及位移传感器6均与液压油缸4固定。电阻应变片、轴力传感器5及位移传感器6均通过数据采集器8与上位机1连接。试件7通过角度调节机构9设置在机架上。角度调节机构9包括横杆和卡箍。两根横杆平行设置，且横杆的两端均固有卡箍；四个卡箍分别箍紧机架上的四根竖杆。两根横杆均与试件7的底面可拆卸固定。试件7为通过粘合剂粘接的层状复合板材，试件7的粘结层外边缘设置有电阻应变片。
液压油缸4的活塞杆外端与转动件10构成转动副，转动件10与传力杆11构成滑动副。传力杆11的一端与机架铰接，且铰接轴轴线到压力块的距离是铰接轴轴线到转动件距离的两倍。传力杆11的另一端固定有压力块，压力块与试件顶面接触。
该压剪力复合加载的复合板材性能测试装置的测试方法具体如下：
步骤一、松开卡箍的螺钉，将试件7与水平面的夹角调节为θ，0°≤θ≤60°。拧紧卡箍的螺钉。
步骤二、变量柱塞泵驱动液压油缸4缩回活塞杆，压力块下压试件7，压力块与试件7的接触点为压力点，液压伺服系统3控制液压油缸4活塞杆的拉力F呈周期性变换，直至试件7的粘接层发生破坏。试件7受到的压力F1时刻等于F的二分之一。在试件7受压过程中，用线性差动位移计测量压力点的形变量；用高分辨率工业相机拍摄试件7，并用数字图像相关法对拍摄所得图像中拉伸及剪切裂纹的长度进行测量；用电阻式应变片测量试件7粘结层的应变大小。液压油缸4活塞杆的拉力每循环五次，用X射线对试件7的细观结构进行一次扫描，并根据扫描结果记录试件7的细观结构变化情况及裂纹形态。
步骤三、分别以压力点的形变量、拉伸及剪切裂纹的长度及粘结层的应变大小为纵坐标，以F的循环次数为横坐标，绘制得到对应的曲线图。依据三张曲线图及X射线扫描得到的细观结构变化情况及裂纹形态，确定试件7的性能情况。
Claims (5)
1.压剪力复合加载的复合板材性能测试装置，包括液压油缸、轴力传感器、位移传感器、数据采集器、角度调节机构、转动件、传力杆和机架；其特征在于：所述的液压油缸固定在机架上，液压油缸由变量柱塞泵驱动；所述的轴力传感器及位移传感器均与液压油缸固定；轴力传感器及位移传感器均通过数据采集器与上位机连接；试件通过角度调节机构可拆卸固定在机架上；
所述液压油缸的活塞杆外端与转动件构成转动副，转动件与传力杆构成滑动副；传力杆的一端与机架铰接，且铰接轴轴线到压力块的距离是铰接轴轴线到转动件距离的s倍，1.2≤s≤3；传力杆的另一端固定有压力块，压力块与试件顶面接触。
2.根据权利要求1所述的压剪力复合加载的复合板材性能测试装置，其特征在于：所述的角度调节机构包括横杆和卡箍；两根横杆平行设置，且横杆的两端均固有卡箍；四个卡箍分别箍紧机架上的四根竖杆；两根横杆均与试件的底面可拆卸固定。
3.根据权利要求2所述的压剪力复合加载的复合板材性能测试装置，其特征在于：所述试件为通过粘合剂粘接的层状复合板材，试件的粘结层外边缘设置有电阻应变片；电阻应变片通过数据采集器与上位机连接。
4.根据权利要求1所述的压剪力复合加载的复合板材性能测试装置，其特征在于：还包括加载控制器、液压伺服系统；所述的加载控制器通过液压伺服系统控制液压油缸活塞杆的运动方向及压力。
5.根据权利要求4所述的压剪力复合加载的复合板材性能测试装置，其特征在于：所述的加载控制器采用NI GPIB-USB控制器，数据采集器采用NI USB-6000采集卡。
Priority Applications (1)
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| CN201721071904.9U CN207095996U (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 压剪力复合加载的复合板材性能测试装置 |
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Publications (1)
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| CN207095996U true CN207095996U (zh) | 2018-03-13 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107560945A (zh) * | 2017-08-25 | 2018-01-09 | 浙江大学 | 压剪力复合加载的复合板材性能测试装置及其测试方法 |
| CN111238959A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-05 | 黄山学院 | 一种材料的弯曲性能测试装置 |
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2017
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