[发明专利]环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试装置及夹持方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力加载测试装置，尤其涉及一种用于环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试装置。

背景技术

复合材料的使用过程中始终会处在不同的应力环境下，因此研究在一定应力环境下复合材料的吸湿行为及其吸湿过程中的残余应力变化，将对该材料的设计和应用提供重要的理论参考依据。

由于纤维和环氧树脂的热膨胀系数不同，另外，在树脂固化过程中，树脂要发生收缩，但纤维限制树脂的收缩，这样在复合材料内存在界面残余应力或界面内应力。作用在基体上的内应力与作用在纤维上的内应力是一对作用力与反作用力。采用微拉曼光谱法表征碳纤维增强环氧树脂复合材料的湿热应力。Raman光谱法测量复合材料湿热残余应力不用破坏试样，实验本身不会遭到湿热的干扰，而且测量精度高。YoungLucas M，Young RJ等人通过碳的特征峰频移研究了单壁碳纳米管复合材料的热效应和变形行为，结果表明加热时碳特征峰左移，而试样变形时，受拉应力的峰值左移，受压应力的峰值右移。测定了同一位置点不同情况下的Raman光谱特征峰的偏移，由于碳纤维Raman光谱特征峰的偏移是和应力、应变变化呈线性关系的，进而得到纤维不同吸湿时间的湿热残余应力大小。利用碳纤维单丝应变与Raman频移的关系确定复合材料中吸湿导致的碳纤维频移量；然后利用微力学测试仪测得的碳纤维单丝应力、应变曲线与频移量的关系来确定不同的应力情况所导致的应力。

目前，在复合材料受力情况下的吸湿行为及其Raman应力测试，使用的是四点弯曲的装置，需要应变片及附属装备来测得材料的变形量，但是整个装置体积大不便于移动、携带，并且价格非常的昂贵。另外，用于测量复合材料吸湿动力学曲线用的应力加载装置，过于的笨重，且受到它的结构特点和大小的限制不能用于Raman光谱的测量。为了深入研究外应力对复合材料在不同应力环境下的吸湿规律及吸湿过程中残余应力的影响，需要测量连续吸湿情况下复合材料同一位置上的Raman光谱，和复合材料在不同应力环境下定点测量Raman光谱并计算其残余应力的变化值，因此，需要开发一种结构要简单、轻巧，且能适用于Raman光谱的载物台。

发明内容

针对现有情况下复合材料的服役情况，提供一种用于环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试装置，本发明依据胡克定律，适用弹簧加载体系，载荷通过弹簧对试样施加一定的应力，可以测定环氧基碳纤维复合材料在应力环境下的吸湿动力学曲线及其应用显微激光拉曼仪对其残余应力的测量。

为了解决上述技术问题，本发明用于环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试装置予以实现的技术方案是：该拉应力加载测试装置包括支座，所述支座呈凹字型，具有两个侧立板，其中一个侧立板的内侧设有拉环，另一个侧立板上设有一螺栓过孔，在两个侧立板之间设有拉簧和固定被测试样的第一固定夹具和第二固定夹具，所述第一固定夹具和所述第二固定夹具均包括分别位于每个夹具一端的夹持部，所述第一固定夹具上的另一端设有拉簧孔，所述第二固定夹具的另一端为螺纹杆，所述螺纹杆在该螺纹杆部位设有施力调整螺母。

进一步讲，本发明环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试装置，其中，所述拉环的中心与所述螺栓过孔的中心布置在同一轴线上。所述夹持部包括设有夹口的U型夹头，所述夹口内设有两个垫片，所述U型夹头和两个垫片上设有一组对正的通孔，所述两个垫上设有两组对正的通孔，每组对正的通孔中均分别设有一个螺栓。所述支座上，在位于与拉簧长度范围内设有与拉簧轴向方向一致的刻度。

本发明一种环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试的夹持方法，利用上述拉应力加载测试装置夹持试样的步骤是：先将拉簧的一端挂在支座侧立板上的拉环中，将拉簧的另一端挂在第一固定夹具的拉簧孔中；将第二固定夹具的螺纹段穿过在支座另一侧立板上的螺栓过孔；在试样的两端按照U型夹头及垫板上孔的位置加工出安装孔，将试样置于U型夹头内的两个垫板之间，然后用螺栓将U型夹头、垫板和试样夹住；通过第二固定夹具上的施力调节螺母，将试样置于整个装置的中轴线上，且使试样在中轴线方向上的拉力基本为零。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明环氧基碳纤维复合材料拉应力加载测试装置是基于胡克定律，适用弹簧加载体系，载荷通过拉簧对试样施加一定的应力。根据弹簧刚度通过控制弹簧变形量和刚度来计算加载应力的大小。本发明结构简单，受力机理清晰，易于加工，价格便宜，夹持的试样不用装卸可直接用于吸湿实验和显微激光拉曼光谱实验，不但易于操作，而且大幅度降低了实验成本。

附图说明