[发明专利]单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向的拉伸测试加载装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料力学测试领域，具体涉及单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向的拉伸测试加载装置及其测试方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、化学稳定性好等优点，在能源、军事以及交通运输领域应用广泛。随着纤维增强复合材料的大量应用，其力学性能测试方法也受到了广泛关注。通过纤维增强复合材料的拉伸测试可以获得材料的拉伸强度、弹性模量以及泊松比等力学性能参数，对安全可靠的应用复合材料具有重要指导意义。

现有技术中纤维增强复合材料拉伸测试方法大多依据GB/T1040.4-2006、GB/T1040.5-2008、ASTMC1359以及ASTMD3039等标准进行。现有技术中大多采用楔形夹具、销钉形夹具或者燕尾形夹具对纤维增强复合材料拉伸试样进行加载，这些方法可以较好的实现单向纤维增强复合材料沿纤维方向的拉伸测试以及编织结构复合材料的拉伸测试。但单向纤维增强复合材料的力学性能具有显著的方向性，即沿着纤维方向具有较高的拉伸强度，而垂直于纤维方向的拉伸强度较低并且纤维束间的结合力很弱。利用现有技术对单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向进行拉伸测试时失效部位容易出现在拉伸试样的夹持段，导致测试数据无效。其中楔形夹具通过夹具的楔形块沿试样厚度方向进行夹紧，夹持段与试验段之间区域的应力梯度较大，夹持段在楔形块夹紧力的作用下会产生较大的损伤，当夹持力较大时会直接将试样的夹持段压扁，造成试样在夹持段的边界出现纤维束间开裂从而导致拉伸试样在测试过程中出现端部失效。销钉形夹具测试方法需要在试样的夹持段开孔，对于横向强度较低的单向纤维增强复合材料来说，极易在圆孔应力集中处发生过早失效，造成试验失败。燕尾形加载方式通过夹具的斜面对试样传递拉伸载荷，对于横向强度较低的单向纤维增强复合材料来说在接触面发生失效的概率较大。

中国专利CN103018101A《一种用于陶瓷基复合材料高温拉伸测试的夹具》中公开的拉伸夹具能用于大部分结构的复合材料，但用于单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向的拉伸测试时试样会在夹具接触面处发生失效。中国专利CN104634656A《复合材料单轴拉伸试验夹具》中公开了一种非夹紧式复合材料拉伸夹具。这种夹具与燕尾形夹具类似，容易在接触面处发生失效。该夹具设计有与试验件相配合的圆弧面，但加工误差会使两者之间产生配合间隙导致试样受力不均，影响试验精度。对于圆弧尺寸不同的试验件该夹具不能通用，需按照试样圆弧尺寸重新加工夹具，增加了试验成本。中国专利CN203941063U《超薄金属板带高温拉伸试验夹具》中公开了一种用于板状试样的拉伸夹具。该夹具采用螺栓连接夹紧试样，因此夹持段受力不均匀容易发生打滑。此外，现有技术公开的技术方案中均未涉及组合夹具零部件间配合间隙消除问题的解决办法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能避免试验机夹持力对试样造成损伤，确保单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向的拉伸试验可以顺利开展、消除夹具部件之间的连接间隙，提高测试精度、试件能精确对中的单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向的拉伸测试加载装置及其测试方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

单向纤维增强复合材料垂直于纤维方向的拉伸测试加载装置，其中：包括上夹持杆、加载框、传力片以及下夹持杆；传力片分为上传力片和下传力片，上传力片粘贴于单向纤维增强复合材料试件的上端，下传力片粘贴于单向纤维增强复合材料试件的下端，单向纤维增强复合材料试件中的纤维垂直于拉伸测试方向，加载框包括上加载框和下加载框，上传力片固定安装在上加载框中，下传力片固定安装在下加载框中，上夹持杆与上加载框固定连接，下夹持杆与下加载框固定连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的上加载框和下加载框均为带开口的框架结构，上加载框和下加载框的内框开口面上均设有定位长槽，传力片上与定位长槽位置对应处设有定位凸起，定位凸起能卡入定位长槽中使传力片与对应的加载框固定配合。

上述的上加载框的上端面以及下加载框的下端面的中心处均开有螺纹孔，上夹持杆和下夹持杆均一端设有螺纹，另一端为光杆，上夹持杆的螺纹端旋入上加载框的螺纹孔；拉伸测试加载装置还包括螺纹连接杆、间隙消除螺母，螺纹连接杆的一端旋入下加载框的螺纹孔，另一端旋入间隙消除螺母的一侧，下夹持杆的螺纹端旋入间隙消除螺母的另一侧；间隙消除螺母两侧的螺纹旋向相反，当旋转间隙消除螺母时，能使螺纹连接杆和下夹持杆相互靠近或远离。