CN211741020U

CN211741020U - 一种单根纤维拔出基质体装置

Info

Publication number: CN211741020U
Application number: CN201921933941.5U
Authority: CN
Inventors: 陈坤福
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2029-11-11

Abstract

本实用新型公开了一种单根纤维拔出基质体装置，包括试件、作动机构、用于夹持试件的夹持机构、力传感器和试验机架，利用力传感器与轻质铝加工而成的纤维夹头串联，在保证给予纤维足够夹持力的同时，有效测量纤维于基质体中拔出过程中拔出力的变化，克服了传统试验机相对单纤维拔出实验量程与精度不匹配问题；选用的5N量程传感器具有量程合适，精度高等优点；选用的轻质铝加工的纤维夹头质量轻，保证了在与传感器串联时不会导致传感器超量程，以较低的成本解决了单纤维拔出实验实施过程中测试装置与方法存在的问题，尤其实现了在传统试验机上进行单纤维拔出实验的可能。

Description

一种单根纤维拔出基质体装置

技术领域

本实用新型涉及单根纤维拔出基质体装置，特别是PVA纤维于水泥基材料基材中拔出力的测量装置。

背景技术

目前，纤维在基质体中的力学行为包括纤维与基质体间的摩擦力与粘结力，现绝大多数研究均使用单纤维拔出实验得出。相关研究对于埋入深度要求均为1mm，目前国内外测量单纤维拔出基质体的试验机一般使用的是液压试验机，但是液压试验机价格太过于昂贵，提高了实验门槛，这导致了在大多数研究中单纤维拔出实验难以进行，限制了纤维增韧材料的相关研究。

中国专利“用于检验单根纤维从水泥基材料拔出粘结性能的测试装置”(专利号ZL201520156412.4)，通过拉压转换，将测试的作用形式由受拉转换为受压，可直接在压力试验机上进行试验，但是压力试验机中，弹簧的弹性系数也会在使用过程中慢慢改变，导致测量的数据不够精准。因此，研发一种能精准测量单纤维拔出基质体的试验装置非常必要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是降低测试仪器的成本和保证测量数据的准确性，实现对纤维拔出过程中，纤维与基质体间抽动力与位移变化的实时监控。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种单根纤维拔出装置，包括试件、作动机构、用于夹持试件的夹持机构、力传感器和试验机架；所述试件，包括基质体以及单根纤维，该纤维一端埋入基质体中，另一端伸出基质体而裸露，试件的基质体尺寸为10×10×20mm，纤维埋入基质体部分的长度为1mm，裸露在纤维夹头外的纤维外用瞬凝氰基丙烯酸脂胶水粘贴一层专用纸，粘贴后的专用纸是片状形式；所述作动机构固定安装在试验机架上，作动机构在试验机架上做纵向运动；所述夹持机构，包括上下同轴设置的基质体夹头、纤维夹头，基质体夹头的夹持端能够夹持固定试件的基质体，基质体夹头的固定端与作动机构的动力输出端连接，基质体夹头的固定端在作动机构上做横向调整；纤维夹头的夹持端能够夹持固定试件中的纤维，纤维夹头与力传感器串联后的固定端固定安装在试验机架的顶部下方，而纤维夹头的固定端横向调整，确保单根纤维处于竖直状态，且在测试过程中，通过作动机构作动于基质体夹头做纵向运动，促使单根纤维能够从基质体中拔出，并经力传感器测试单根纤维拔出时所承受的拉力，其中纤维夹头材质为轻质铝。

进一步地，所述试验机的底部上设有伺服电机，门架里设有螺杆，螺杆连通伺服电机，行动横梁悬空与地面平行，行动横梁的两端与螺杆螺纹连接，行动横梁由试验机外的控制采集板连通。

进一步地，所述基质体夹头材质是刚。

进一步地，所述的力传感器是5N量程传感器，力传感器的分辨率为±0.001N。

进一步地，所述基质体夹头和纤维夹头为U型，基质体夹头和纤维夹头内部均设有用于夹持试件的固定连接的夹块。

进一步地，所述试件的专用纸是静电打印纸，每平方米质量为80g。

进一步地，所用的胶水是安特固科技（无锡）有限公司的安特固胶水。

测试方法为：调整测试装置的位置，使力传感器中心与纤维夹头夹持纤维时的纤维中心对中，从而保证纤维竖直受拉，测试中通过试验机架上的作动机构纵向位移带动基质体夹头与基质体移动，并获得位移数据，通过力传感器测试纤维拔出过程中的纤维拔出力，使用控制板采集到的数据，可显示拔出过程中各时刻纤维相对基质体的拔出长度与拔出力。

本实用新型具有如下有益效果：

运用轻质铝夹头质量轻，可选用量程更小的力传感器，试件中裸露在基质体外的纤维外粘贴一层专用纸，增大纤维与轻质铝纤维夹头之间摩擦力，使纤维从基质体中拔出，保证测量结果的精准性，并且行动机构的位移变化，实现对纤维拔出基质体过程中，纤维与基质体间抽动力与位移变化的实时监控，降低测试仪器的成本和保证测量数据的准确性，规范单纤维拔出基质体的试验装置。

附图说明

图1是本实用新型单根纤维拔出基质体装置结构示意图。

图2是本实用新型中试件的结构透视图。

图3是本实用新型单根纤维拔出基质体装置分解示意图。

其中有：1-5N力传感器；2-纤维夹头基座；3-纤维夹头松紧螺母；4-纤维夹头夹块；5-基质体夹头基座；6-基质体夹头松紧螺母；7-基质体夹头夹块；8-基质体夹头固定螺母；9-试验机横梁；10-基质体夹具连接梁；11-试验机门架；12-基质体；13-纤维。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。

如图1和图3所示，一种单根纤维拔出基质体装置包括试件、作动机构、用于夹持试件的夹持机构、力传感器和试验机；

试验机包括底座、门架11和行动横梁9，底部上设有伺服电机，门架垂直地面，门架里设有螺杆与伺服电机连通，行动横梁9悬空地面平行两端与螺杆相连，行动横梁9由外接的控制采集板控制并在垂直方向位移运动；

力传感器1为5N量程传感器，分辨率是±0.001N，力传感器1上端固定在试验机上的顶部横梁上，下端螺栓串联在纤维夹头基座上端；纤维夹头使用轻质铝加工，可夹持纤维；基质体夹头安装在试验机的行动横梁9上，使用钢加工，可夹持厚度为10mm的基质体。

基质体夹头从下往上依次包括基质体夹头固定螺母8、基质体夹具连接梁10、基质体夹头基座5、基质体夹头夹块7、基质体夹头松紧螺母6。其中，基质体夹具连接梁10形状为U型，基质体夹具连接梁10的开口两端固定在试验机的行动横梁上，基质体夹具连接梁10的上端中间有一个空心缺口，用于调整基质体夹头基座5在基质体夹具连接梁10上的位置，基质体夹头基座5是U型，基质体夹头基座5利用基质体夹头固定螺母8固定在基质体夹具连梁10上；基质体夹头基座5提供基质体夹持反力，基质体夹头夹块7通过基质体夹头松紧螺母6推动，给予基质体夹持力；基质体夹头夹块7插入基质体夹头基座5的开口中后，基质体夹头松紧螺母6从外部螺纹穿过基质体夹头基座5，将基质体夹头夹块7夹在基质体夹头基座5中。

纤维夹头位于基质体夹头的上方，纤维夹头从外至内包括纤维夹头松紧螺母3、纤维夹头基座2和纤维夹头夹块4，纤维夹头松紧螺母3、纤维夹头基座2和纤维夹头夹块4的形状结构和连接方式与基质体夹头松紧螺母6、基质体夹头基座5和基质体夹头夹块7的形状结构和连接方向完全一致；纤维夹头基座2用于提供夹持反力，纤维夹头松紧螺母3用于调整纤维夹持力大小，纤维夹头夹块4通过纤维夹头松紧螺母3推动，给予纤维夹持力；

在测试过程中，制作图2中单纤维拔出基质体的试件，基质体12为10×10×20mm，纤维13埋入基质体的部分长度为1mm，裸露在基质体外的纤维外粘贴一层专用纸，专用纸与纤维使用瞬凝氰基丙烯酸脂胶水粘贴，专用纸长度与纤维外露长度相等，宽度为10mm，将裸露在基质体夹头外的纤维粘贴在专用纸长度的1/4处且与专用纸的宽度平行的位置后，专用纸沿着长度中线对折，试件处理过程中所使用的瞬凝氰基丙烯酸脂胶水为安特固科技（无锡）有限公司的安特固胶水；所选用的专用纸为静电专用纸，每平方米质量为80g。

利用图1中的单根纤维拔出基质体装置，测量纤维在基质体中拔出过程中拔出力的变化，具体步骤如下：

（1）将处理完成的单纤维拔出基质体试件夹于基质体夹具中，

（2）移动纤维夹头使纤维进入纤维夹具；

（3）松开基质体夹头固定螺母，在水平平面内调整基质体夹头位置，使纤维与纤维夹头基座对齐，保证纤维竖直受拉力；

（4）纤维对齐后拧紧基质体夹具固定螺母；

（5）拧紧纤维夹头松紧螺母，夹持纤维；

（6）设定行动横梁按位移加载，速率0.05mm/min，开始测试；

（7）通过5N量程传感器测量实验中拔出力的变化，通过行动横梁内置位移传感器测量实验中拔出长度的变化；

（8）纤维拔出后，停止试验机，将实验中获得的数据保存；

（9）先松开纤维夹头松紧螺母，再调整行动横梁的位置至易于操作的高度，最后松开基质体夹具松紧螺母并取下试件。

上述实施例中，基质体夹头和纤维夹头形状可以是U型，但是不局限为U型，只要基质体夹头和纤维夹头内部设有上下同轴贯穿试件的通道，其他任何形状均可以。

上述实施例中，基质体夹头和纤维夹头夹住试件时，使用是的螺母固定连接，也可以是其他的固定连接，如卡扣连接等。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种单根纤维拔出基质体装置，其特征在于：包括试件、作动机构、用于夹持试件的夹持机构、力传感器和试验机架；

所述试件，包括基质体以及单根纤维，该纤维一端埋入基质体中，另一端伸出基质体而裸露，

试件的基质体尺寸为10×10×20mm，纤维埋入基质体部分的长度为1mm，裸露在纤维夹头外的纤维外用瞬凝氰基丙烯酸脂胶水粘贴一层专用纸，粘贴后的专用纸是片状形式；

所述作动机构固定安装在试验机架上，作动机构在试验机架上做纵向运动；

所述夹持机构，包括上下同轴设置的基质体夹头、纤维夹头；基质体夹头的夹持端能够夹持固定试件的基质体，基质体夹头的固定端与作动机构的动力输出端连接，基质体夹头的固定端在作动机构上做横向调整，使试件中裸露在基质体外的纤维进入纤维夹头；纤维夹头的夹持端能够夹持固定试件中的纤维，纤维夹头与力传感器串联后的固定端固定安装在试验机架的顶部下方，而纤维夹头的固定端横向调整，确保单根纤维处于竖直状态，且在测试过程中，通过作动机构作动于基质体夹头做纵向运动，促使单根纤维能够从基质体中拔出，并经力传感器测试单根纤维拔出时所承受的拉力；其中纤维夹头材质指定轻质铝。

2.根据权利要求1所述的单根纤维拔出基质体装置，其特征在于：所述作动机构包括行动横梁和螺杆，试验机架的底部上设有伺服电机，试验机架两侧设有螺杆，螺杆连通伺服电机，行动横梁悬空与地面平行，行动横梁的两端与螺杆螺纹连接，行动横梁由外接的控制采集板控制并在垂直方向位移运动。

3.根据权利要求1所述的单根纤维拔出基质体装置，其特征在于：所述基质体夹头和纤维夹头为U型，基质体夹头和纤维夹头内部均设有用于夹持试件的固定连接的夹块。

4.根据权利要求1所述的单根纤维拔出基质体装置，其特征在于：所述基质体夹头材质是刚。

5.根据权利要求1所述的单根纤维拔出基质体装置，其特征在于：所述的力传感器是5N量程传感器，力传感器的分辨率为±0.001N。

6.根据权利要求1所述的单根纤维拔出基质体装置，其特征在于：试件的专用纸是静电打印纸，每平方米质量为80g。