CN215812069U - 一种复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，包括夹装在压缩试验件(5)两个侧面上的长夹板(1)、短夹板(2)、支撑板(3)，支撑板(3)通过螺栓(4)固定在短夹板(2)上并压装在长夹板(1)与短夹板(2)的对接缝隙上，其特征在于，长夹板(1)和短夹板(2)的对接缝隙的相互对应的侧边加工成相互契合的锯齿形，两个锯齿形之间保持对接缝隙的间距不变。相比于现存的夹具，可对试验件实现更好地扶持，最大程度降低应力集中，并避免试验件发生局部压缩屈曲，从而保证复合材料多向层合板无缺口压缩试验的有效性和测试结果的真实性。
Description
技术领域
本实用新型是一种复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，属于复合材料性能试验技术领域。
背景技术
聚合物基复合材料具有比强度高、比刚度高、抗疲劳、耐腐蚀等优点，以其取代传统金属材料可取得显著的减重效益，因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域得到日益广泛应用。聚合物基复合材料力学性能的一个典型特性是抗拉不抗压，压缩性能是复合材料结构设计中的一大限制因素，是聚合物基复合材料设计、生产、研发、使用部门都特别关注的一项力学性能数据。
工程实际中聚合物基复合材料多向层合板压缩性能的测试对象包括无孔(又称无缺口)层合板和开孔层合板两大类，其中无孔层合板压缩性能既是重要的结构设计用力学性能数据，又可作为聚合物基复合材料层合板开孔后性能退化规律研究的依据。为了获得能与聚合物基复合材料层合板开孔压缩性能有效对比的无缺口压缩性能数据，ASTM D8066推荐采用聚合物基复合材料层合板开孔压缩试验方法ASTM D6484中提供的压缩夹具构型，用于对设计铺层的聚合物基复合材料多向层合板无缺口试验件进行压缩测试。
试验实践发现，ASTM D6484推荐的压缩夹具对强度不高的二维织物铺层的复合材料多向层合板无缺口压缩测试具有很好地适用性，可获得工作段压缩破坏的有效破坏模式，然而当采用该夹具进行单向带铺层的复合材料多向层合板无缺口压缩测试时，无论是ASTM D8066建议的准各向同性铺层，还是正交铺层，都无法获得有效的工作段破坏的失效模式，所有的破坏均发生在试验件被夹具夹持的根部，更有甚者，破坏甚至发生在夹具内部，从而无法获得有效的聚合物基复合材料多向层合板无缺口压缩强度数据。分析试验件的破坏断口，可知采用ASTM D8066推荐的压缩夹具时，在试验过程中试验件被夹具夹持的根部具有比较严重的应力集中，ASTM D8066推荐的压缩夹具的短夹板上仅加工一个锯齿，锯齿区与夹持根部之间的连接是左、右各两段平台，这两段平台区较长，又处于夹持根部，不利于对受压的试验件进行有利的扶持，试验件容易在该平台区上方的缝隙处发生面外变形，而提前发生破坏，导致载荷无法有效传递到试验件工作段，进而得不到有效的失效模式和压缩强度数据。另外，根据试验步骤的具体要求，采用试验机的液压夹头夹持组装好的夹具/试验件组合件后，需再次以7N*m的力矩拧紧夹具上的4个螺栓，现存的开孔压缩夹具上4个螺栓分布在夹具的两侧，操作上有较大不便，并且还发现7N*m的螺栓拧紧力矩不足以保证支撑板能提供有效的支撑，不利于阻止压缩试验件发生屈曲破坏。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，该夹具包括夹装在压缩试验件5两个侧面上的长夹板1、短夹板2、支撑板3，支撑板3通过螺栓4固定在短夹板2上并压装在长夹板1与短夹板2的对接缝隙上，其特征在于，长夹板1和短夹板2的对接缝隙的相互对应的侧边加工成相互契合的锯齿形，两个锯齿形之间保持对接缝隙的间距不变。
在实施中，长夹板1上形成对接缝隙的侧边上加工有三个完整的锯齿形，对应的短夹板2上形成对接缝隙的侧边上中间加工两个完整的锯齿形，两侧为半个锯齿形。
在实施中，对长夹板1和短夹板2的对接缝隙的相互对应的侧边上加工的锯齿形尖端进行导圆角处理。以避免材料与尖点接触时发生应力集中。
在实施中，所述导圆角处理的圆角半径为0.5～1mm。
在实施中，长夹板1、短夹板2和支撑板3对压缩试验件5的夹持长度为100mm。
在实施中，液压伺服试验机的夹头对长夹板1和短夹板2的夹持长度为80mm。
长夹板1和短夹板2的对接缝隙的相互对应的侧边上加工的锯齿形能够保持锯齿与锯齿形槽契合，不发生干涉，当完成夹具的组合时，长夹板1与短夹板2的对接缝隙可提供一定的行程，以便试验件发生压缩变形。
当夹具与压缩试验件5组装时，根据预估的压缩试验件5的压缩变形量调节长夹板1和短夹板2的对接缝隙，保障该缝隙足以提供试验件压缩破坏所需的加载行程，以免发生试验件压缩破坏前长、短夹板发生干涉的情形，由此确定试验件在夹具中的相对位置，而无需使试验件上、下端与夹具上、下端部对齐。
支撑板3与对应的长夹板1和短夹板2组合件被螺栓4的预紧力约束在一起，对长夹板1和短夹板2提供有效的支撑，确保压缩试验过程中不会由于试验件在厚度方向变形而将长、短夹板撑开，从而可对复合材料多向层合板压缩试验件提供有效地侧向扶持。
本实用新型所述复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具的优点是：
(1)该夹具上、下夹板相对端部的形状进行了改变，将原本的“中间一个尖角加两侧两段平台”的构型改成了可契合的锯齿形端面，新的构型可对压缩试验件提供更好地扶持，降低压缩屈曲的趋势，并大幅降低夹持根部处试验件的应力集中程度，确保所有试验件的破坏均不发生在夹持的根部和夹具夹持的内部，从而获得工作段破坏的有效失效模式和压缩性能数据；
(2)该夹具在使用时，不需要保证夹具的端部与试验件的端部对齐，可根据所需的加载行程随意调节上、下夹板相对端的缝隙，无需使试验件上、下端与夹具上、下端部对齐，即使对于破坏时具有较大压缩变形的材料仍适用，因此该夹具比现存的夹具具有更广泛的适用性；
(3)该夹具上的四个螺栓4在同一侧穿入并拧紧，这给试验操作带来便捷，避免了使用传统夹具时需绕到试验机前、后去拧紧夹具上螺栓的问题，可提高试验效率。
附图说明
图1为本实用新型夹具的结构示意图
图2为本实用新型夹具的分解结构示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型夹具作进一步地详述：
参见附图1、2所示，该种复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具包括夹装在压缩试验件5两个侧面上的长夹板1、短夹板2、支撑板3，支撑板3通过螺栓4固定在短夹板2上并压装在长夹板1与短夹板2的对接缝隙上，其特征在于，长夹板1和短夹板2的对接缝隙的相互对应的侧边加工成相互契合的锯齿形，两个锯齿形之间保持对接缝隙的间距不变。
本实施例中，长夹板1上形成对接缝隙的侧边上加工有三个完整的锯齿形，对应的短夹板2上形成对接缝隙的侧边上中间加工两个完整的锯齿形，两侧为半个锯齿形。进一步，对长夹板1和短夹板2的对接缝隙的相互对应的侧边上加工的锯齿形尖端进行导圆角处理。所述导圆角处理的圆角半径为0.5～1mm。
在实施中，长夹板1、短夹板2和支撑板3对压缩试验件5的夹持长度为100mm。
在实施中，液压伺服试验机的夹头对长夹板1和短夹板2的夹持长度为80mm。
本实施例中，长夹板1和短夹板2的对接缝隙为6mm，根据设定的缝隙尺寸，确定压缩试验件5在夹具中的相对位置，而无需使压缩试验件5。
完成试验件与夹具的组装后，将压缩夹具/试验件的组合件放入液压伺服试验机的上、下夹头之间，保证对中性后夹装，设定试验机提供4000Psi的夹持力，然后，以15N*m的力矩分别拧紧夹具上的螺栓4，采用位移模式，以2mm/min的加载速率对压缩夹具/试验件的组合件施加压缩载荷，夹具通过摩擦力加载方式向复合材料多向层合板无缺口的压缩试验件5的工作段区域引入压缩载荷，直到发生破坏，停止加载。试验过程中可采用应变片或引伸计测量加载过程中的应变。通过上述操作，可测定复合材料多向层合板无缺口试验件3的压缩模量和压缩强度。
Claims (6)
1.一种复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，包括夹装在压缩试验件(5)两个侧面上的长夹板(1)、短夹板(2)、支撑板(3)，支撑板(3)通过螺栓(4)固定在短夹板(2)上并压装在长夹板(1)与短夹板(2)的对接缝隙上，其特征在于，长夹板(1)和短夹板(2)的对接缝隙的相互对应的侧边加工成相互契合的锯齿形，两个锯齿形之间保持对接缝隙的间距不变。
2.根据权利要求1所述的复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，其特征在于，长夹板(1)上形成对接缝隙的侧边上加工有三个完整的锯齿形，对应的短夹板(2)上形成对接缝隙的侧边上中间加工两个完整的锯齿形，两侧为半个锯齿形。
3.根据权利要求1、2所述的复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，其特征在于，对长夹板(1)和短夹板(2)的对接缝隙的相互对应的侧边上加工的锯齿形尖端进行导圆角处理。
4.根据权利要求3所述的复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，其特征在于，所述导圆角处理的圆角半径为0.5～1mm。
5.根据权利要求1所述的复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，其特征在于，长夹板(1)、短夹板(2)和支撑板(3)对压缩试验件(5)的夹持长度为100mm。
6.根据权利要求1所述的复合材料多向层合板无缺口压缩试验夹具，其特征在于，液压伺服试验机的夹头对长夹板(1)和短夹板(2)的夹持长度为80mm。
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2021
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