[发明专利]带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料力学测试领域，具体涉及带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法。

背景技术

带基体纤维束为复合材料中的主要承力结构。研究表明，可以通过带基体纤维束的力学特性来研究复合材料的宏观和细观力学行为。将带基体纤维束作为小复合材料来研究复合材料宏观和细观力学行为是复合材料多尺度计算领域中的热门问题。拉剪耦合应力状态为带基体纤维束在复合材料中最常见的应力状态之一，因此需要开展双轴拉剪实验来深入研究带基体纤维束的力学性能。但是带基体纤维束一般为直径较小的棒状材料，因此双轴拉剪实验难以开展。

目前，在现有技术中主要存在针对纤维束材料的拉伸（中国专利CN101949797B，一种金属纤维微拉伸力学性能测试方法及装置、中国专利CN102426135B，一种碳纤维复丝及碳纤维线缆拉伸测试用夹具辅助工具）、扭转（中国专利CN104316417A，一种纤维增强复合材料扭转测试装置）等试验方法，未见针对纤维束材料双轴拉剪试验的报道。

对于非纤维束型材料，现有技术中主要存在端部带缺口实心圆棒试样（中国专利CN102507343B，《一种形状记忆合金拉扭实验试件、夹具及其装置》，中国专利CN102841012A，《一种拉扭试件夹具》）配合通用拉扭试验机（如美国MTS公司生产的MTS810型材料试验系统）、矩形试样（中国专利CN103558097A，《薄膜拉剪耦合实验测试装置》、中国专利CN102607940A，《一种航空结构的拉剪试验加载装置》）配合拉剪耦合加载装置以及采用原位测试仪进行双轴拉剪实验（中国专利CN103926160A，《拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪》）的实验方法。现有技术中端部带缺口实心圆棒试样配合通用拉扭试验机的方法不需要设计专门的试验机，然而带基体纤维束难以制成端部带缺口的实心圆棒试样。带基体纤维束虽然可以制成矩形试样，但该试样需要配备专门设计加工的拉剪耦合加载装置。使用原位测试仪进行拉剪实验时不需要将材料制成特殊的形状并且测试精度高，但原位测试仪需要根据材料的几何特征与力学特性进行重新设计。综上所述，现有技术存在试样制备难度大，实验成本高等缺点，不能有效的实现带基体纤维束的双轴拉剪试验。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而供一种制作简单、实验成本低、试验件质量好、不易打滑的带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

带基体纤维束的双轴拉剪试验件，包括圆管试样，其特征是：圆管试样由纤维布沉积基体构成，圆管试样中部为测试部，两端为固定部，测试部内只有经纱，且经纱沿圆周方向周期分布，固定部为编织结构。圆管试样的固定部管腔内过盈配合有防压溃塞，圆管试样的固定部外周面嵌套固定有防扭转打滑套，防扭转打滑套为横截面呈环形的空心柱体。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的防扭转打滑套与圆管试样通过高强度胶水粘结固定。

上述的高强度胶水为环氧树脂AB胶。

上述的防压溃塞由高热膨胀系数，高抗压刚度材料制成。

上述的高热膨胀系数，高抗压刚度材料为铝合金。

一种带基体纤维束的双轴拉剪试验件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、抽出二维编织纤维布中间部分的纬纱只保留纤维布中间区域的经纱并将多层抽取后的纤维布固定到模具上沉积基体制成圆管试样；

步骤2、将防压溃塞置于低温环境中使其体积变小；

步骤3、将直径缩小到小于圆管试样内径的防压溃塞放置于圆管试样管腔的两端并置于室温环境中使防压溃塞膨胀，使防压溃塞抵紧圆管试样固定部管腔内壁；

步骤4、在防扭转打滑套的内圆柱面涂抹高强度胶水并将防扭转打滑套套在圆管试样两端的外周面上；

步骤5、待胶水完全凝固之后便得到带基体纤维束的双轴拉剪试验件。

步骤2中将防压溃塞置于0℃至-10℃的环境中使其体积变小。

与现有技术相比，本发明的带基体纤维束的双轴拉剪试验件及其制备方法，有益效果在于：

（1）本发明的圆管试样能够实现带基体纤维束的拉剪耦合实验，并且保证固定部不易被试验机夹头夹坏。

（2）本发明在圆管试样中加入了由热膨胀系数和抗压刚度高的材料制成的防止试样被压溃的防压溃塞，可保证试样不会被试验机的夹头压溃。采用热胀冷缩原理，使得防压溃塞的安装过程简单。