[发明专利]陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，具体讲是一种陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

碳纤维增强陶瓷或碳纤维增强碳基体复合材料具有高比刚度、比强度和良好的断裂韧性和耐磨性等特点，且拥有较好的耐高温性能，在惰性环境中超过2000℃仍能保持强度基本不下降，是军事、能源及交通运输等行业中非常有潜力的高温结构材料。

应力应变曲线是进行结构分析所必需的材料性能曲线。尽管陶瓷基体和碳纤维都属于脆性材料，但由于存在基体开裂、界面脱粘摩擦以及纤维逐步断裂等失效机制，陶瓷基复合材料的应力应变曲线表现为明显的非线性特征。目前陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法大多采用美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials,ASTM）测试标准C1359。该标准对试件形状、加载速率以及试验机的对中装置等进行了较为详细的规定。但是该方法对试件、夹具的加工精度要求相对较高，实验过程中必需严格确保拉伸试样与夹具的良好对中，否则试件上存在弯曲载荷，使得试件过早断裂而导致无法测得陶瓷基复合材料的拉伸应力应变曲线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种工艺简便易行、对试件和夹具的加工精度要求较低的陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，具体包括以下步骤：

1)、制作陶瓷基复合材料板材试件并夹入拉力试验机上下夹头中；

2)、将变形测量装置安装在试件的测试段上，并与拉力试验机的计算机连接；

3)、控制拉力试验机的下夹头向下移动，使试件承受微小拉力；

4)、采用位移控制的加载方式并通过加卸载方式测试应力应变曲线：

a)、假设拉力试验机下夹头的位移为u，加载前设定u=0；

b)、控制拉力试验机的执行机构带动下夹头向下移动施加位移，位移为u＝Δu₁，然后卸载至载荷为零；

c)、再控制下夹头向下运动施加位移，此时位移为u＝Δu₁+Δu₂，然后卸载至载荷为零；

d)、依上述步骤逐步施加位移直到试件断裂；

5)、将变形测量装置得到的试件应变数据、拉力试验机上力传感器测到的力输入至拉力试验机的计算机处理，将力除以试件的截面积得到应力，最终获得到试件的应力应变曲线。

本发明陶瓷基复合材料拉伸应力应变曲线的测试方法，还包括在位移控制加载前将试件到加热600℃、保温10-15min的步骤。

本发明中，所述步骤1)为将陶瓷基复合材料制成燕尾形试件，将具有燕尾形榫槽的夹具安装在拉力试验机夹头上，然后通过对中装置保证上下夹头对中，再将燕尾形试件卡入榫槽内。

本发明中，所述步骤1)为将陶瓷基复合材料制成狗骨形试件，切割与狗骨试件夹持段大小形状相同的铝制加强片并粘贴在狗骨形试件夹持面上，再将试件夹入试验机上下夹头上。

本发明中，所述步骤4)中位移控制的加载速率为0.01mm/min。

本发明中，所述变形测量装置为引伸计、应变仪或非接触测试仪。

本发明的有益效果在于：(1)、本发明充分利用了陶瓷基复合材料具有伪塑性的特点，即使存在夹具与试件之间因接触不良引起的应力集中或者对中不良导致的应力集中，应力集中仍可以在加卸载的过程中逐步消除，从而避免了由于引力集中导致试件过早断裂而无法对拉伸应力应变曲线进行测试的问题；(2)、本发明采用常规的测试设备，对试件和夹具的加工精度要求较低，测试成功率高，易于实现。

附图说明

图1为本发明测试应力应变曲线用拉力试验机结构图；

图2为本发明实施例1燕尾试件示意图；

图3为本发明实施例1引伸计装配示意图；

图4为本发明实施例2狗骨形试件示意图；

图5为本发明实施例2应变仪装配示意图；

图6为本发明实施例3非接触测试仪装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。