[发明专利]纤维面内屈曲就位强度测试试样制备装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料自动铺放成形技术领域，尤其涉及可控变形的纤维面内屈曲就位强度测试试样制备装置及其制备方法。

背景技术

自动铺丝成形工艺由于其高质量、高效率和适应性强的特点，已经广泛的应用于航空航天等领域的复合材料构件的自动化成形过程中。

自动铺放过程中，为充分利用纤维纵向强度，提高结构效益，实际铺放并不是沿铺放曲面的测地线进行的。但非测地线铺放将使预浸丝发生弯曲变形导致预浸料内应力分布为一侧受拉，一侧受压，因纤维沿纵向的拉伸模量非常大，因此认为受拉侧不发生变形，而受压侧会通过纤维的面内屈曲释放压应力；压缩变形越大，压应力也就越大，纤维面内屈曲越严重。当纤维发生屈曲后，纤维偏离轴向，产生偏轴分布，使得纤维就位强度下降，从而导致材料性能的损失。因此，研究纤维屈曲变形对纤维就位强度的影响，衡量非测地线轨迹下结构效益的提高程度和材料性能的损失大小，对铺放结构件性能的优化具有重要的理论意义和工程价值。

但是按照现有实验标准要求无法对非测地线轨迹(弯曲状)铺放下含有纤维屈曲的预浸料进行取样，基于现有试验标准和现有纤维面内屈曲的形成方法，无法对纤维屈曲的就位强度进行测试，进而无法评价纤维屈曲对制件性能的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种可控变形的纤维面内屈曲就位强度测试试样的装置及制备方法。本发明可利用现有复合材料基本力学性能测试标准对纤维屈曲后纤维就位强度进行测量，评估纤维屈曲对制件性能的影响情况。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

纤维面内屈曲就位强度测试试样制备装置，其中：包括由内至外设置的柔性硅胶板夹层、移动夹具层以及导向盖板结构，柔性硅胶板夹层包括上柔性硅胶板和下柔性硅胶板，单向预浸丝束能被夹持固定在上柔性硅胶板和下柔性硅胶板之间，移动夹具层包括左移动夹具以及右移动夹具，左移动夹具包括左上移动夹板和左下移动夹板，右移动夹具包括右上移动夹板和右下移动夹板，左上移动夹板和左下移动夹板能配合夹紧柔性硅胶板夹层的左部，右上移动夹板和右下移动夹板能配合夹紧柔性硅胶板夹层的右部，左移动夹具以及右移动夹具上均设置有能设置移动夹具夹持松紧度的紧定螺钉，试样制备装置还设置有移动夹具运动控制机构，移动夹具运动控制机构能推动左移动夹具以及右移动夹具轴向横移。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的移动夹具运动控制机构包括固定在一侧移动夹具上的固定顶块、安装于另一侧移动夹具上的可移动顶块和安装在可移动顶块上的调节螺钉组成，可移动顶块上设置有与夹具侧边平行的挡边，使可移动顶块只能轴向横移。

上述的左移动夹具以及右移动夹具上均设置有移动夹具定位销，该移动夹具定位销固定上下移动夹板，使得上下移动夹板移动时位移同步。

上述的左移动夹具以及右移动夹具的轴向长度均为柔性硅胶板夹层的轴向长度的二分之一，左移动夹具和右移动夹具对称地设置在柔性硅胶板夹层左右。

上述的导向盖板结构包括上盖板和下盖板，上盖板和下盖板通过导向盖板定位销固定在一起。

上述的导向盖板结构中部开有观察窗，观察窗能同时观察到左移动夹具右侧以及右移动夹具左侧。

上述的移动夹具定位销位于左移动夹具以及右移动夹具的内端，紧定螺钉位于左移动夹具以及右移动夹具的外端。

纤维面内屈曲就位强度测试试样制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将多根或单根单向预浸丝束，以一定间距沿柔性硅胶板夹层的长度方向贴敷于上柔性硅胶板和下柔性硅胶板中间；

步骤二、调整调节螺钉的旋出量，使左移动夹具以及右移动夹具对接，即左移动夹具以及右移动夹具间距为0，记录左移动夹具和右移动夹具上的夹紧螺钉之间的间距为l；

步骤三、对柔性硅胶板夹层进行预热，排除柔性硅胶板夹层受热膨胀对结果的影响；

步骤四、预热结束后，调节螺钉旋出量增加，使左移动夹具和右移动夹具间距增加至，则两侧夹紧螺钉间距增至，上柔性硅胶板和下柔性硅胶板在移动夹具的带动下发生轴向的弹性变形，维持该弹性变形并保温，同时确保单向预浸丝束被紧密压在上柔性硅胶板和下柔性硅胶板之间；

步骤五、保温结束后，调节螺钉旋出量减小，上柔性硅胶板和下柔性硅胶板回缩完成后测量左移动夹具和右移动夹具的间距，单向预浸丝束中的纤维随柔性硅胶板的回缩发生面内轴向压缩变形，产生面内屈曲；

步骤六、对单向预浸丝束保温固化，便可得到含有压缩应变为的纤维面内屈曲就位强度测试试样。