[发明专利]碳纤维增强树脂基复合材料热-电损伤测试系统

说明书

技术领域

本发明属于复合材料测试技术领域，特别是涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料热-电损伤测试系统。

背景技术

由于碳纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能，因此已开始广泛应用于航空航天、风力发电、建筑等领域。在服役过程中，湿热是其通常所处的环境。此外，雷击电流、感应电流、静电荷放电产生的电流等因素常常直接作用于复合材料结构上，并且与湿热环境因素相互作用，结果造成结构的耐久性显著降低。目前绝大多数研究者只考虑湿热条件下该材料的力学行为，但鲜有在热-电载荷共同作用下力学行为的报道，而后者更接近于材料真实的服役状况。在公开发表的关于湿热、电流因素影响的文献中，材料测试时均将湿热环境和电流环境分别施加，并没有考虑两者同时施加时的交互作用，对于热-电损伤后的力学性能也只测试过一两项指标，而没有进行过系统研究；所采用的测试系统十分简陋，都只适用于特定尺寸的试件，且试件与通电电极间的接触压力无法精确测量与控制，也无法同时采集试件电阻、温度、应变等反应材料损伤情况的参量。因此，开发一种结构简单、调节方便、适应多种试件尺寸要求、能够精确显示接触压力大小并能同时采集在热-电载荷作用下碳纤维增强树脂基复合材料电阻、温度、应变等参量变化的测试系统，对于研究材料在热-电环境下的失效机制以及材料安全服役条件的制定具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够对多种尺寸的碳纤维增强树脂基复合材料试件施加精确的接触压力及热-电载荷，同时测定反映材料损伤状况的电阻、温度、应变等变化情况的碳纤维增强树脂基复合材料热-电损伤测试系统。

为了达到上述目的，本发明提供的碳纤维增强树脂基复合材料热-电损伤测试系统包括湿热箱、试件机械加载装置和控制装置；其中试件机械加载装置设置在湿热箱的内部，其上安装有两个测试电极；控制装置中的部分部件安装在试件机械加载装置上，用于控制碳纤维增强树脂基复合材料试件的电流加载及损伤状态参量采集过程。

所述的试件机械加载装置包括底座、箱体、两条导轨、两根拉杆、固定端钢套、固定端电极、滑动端钢套、滑动端电极、丝杠、力传感器支架、伞齿轮组、主轴和手轮；其中底座为长方形板状，水平设置；箱体(13)设置在底座的表面一端；固定端钢套设置在底座的表面另一端，其内部安装有固定端电极；两条导轨沿底座的长度方向平行设置在位于箱体和固定端钢套之间的底座表面；滑动端钢套固定在导轨上的两个滑块表面，并且上部两侧加工过孔贯穿两根拉杆；平行设置的两根拉杆的两端分别固定在固定端钢套和箱体上靠近固定端钢套的侧壁内端面上；滑动端电极安装在滑动端钢套的内部；固定端电极和滑动端电极上相对的侧面露在外部，用于夹持试件并导电；滑动端钢套与滑动端电极相接触的表面以及固定端钢套与固定端电极相接触的表面喷涂一层氧化锆陶瓷涂层；力传感器支架安装在滑动端钢套上靠近箱体的侧面，其内设置有测力传感器；丝杠的一端压在测力传感器上，并与力传感器支架孔内壁通过平键联接，另一端通过安装在箱体内端面上的轴承贯穿箱体而延伸至箱体的内部；主轴通过安装在箱体一侧面上的轴承贯穿设置在箱体的侧面上；伞齿轮组由第一伞齿轮和第二伞齿轮组成，其中第一伞齿轮与位于箱体内部的主轴端部键连接，第二伞齿轮平键联接安装在通过轴承支撑于箱体内端面上的丝杠螺母端部，并与第一伞齿轮相啮合；而手轮则安装在主轴上位于箱体外部的一端。