[发明专利]陶瓷基复合料销钉的剪切强度测试方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，涉及一种复合材料的剪切强度测试方法，具体涉及一种陶瓷基复合材料销钉的剪切强度测试方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基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，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。随着陶瓷基复合材料应用的扩大，复合材料整体成型已经不能满足实际情况的需要，因此往往需要局部成型。针对纤维增强陶瓷基复合材料复杂形状的异形构件，其成型往往需要采用销钉的机械连接方式完成。

复合材料销钉剪切强度的载荷-位移曲线是进行结构分析所必须的材料性能曲线。尽管陶瓷基体和纤维都属于脆性材料，但由于存在基体开裂、界面脱粘以及纤维逐级断裂等失效机制，陶瓷基复合材料剪切强度的载荷-位移曲线表现为明显的非线性特征。

目前针对陶瓷基复合材料销钉的单剪和双剪强度的测试方法一般是将销钉固定在金属夹具上，然后在拉伸试验机上测试其单剪和双剪强度，但是该方法对金属夹具和试样的加工精度要求较高，而且在销钉剪切强度测试过程中必须确保试样和夹具的良好对中，且对中耗时较长，否则试样件上存在弯曲载荷，使得试样过早断裂而无法准确测得陶瓷基复合材料销钉的剪切强度。

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、对试样和夹具的加工精度要求低且保证陶瓷基复合材料销钉受纯剪切力的剪切强度测试方法，提高销钉剪切强度的测试效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：测试方法所用剪切强度测试模具包括，圆柱形模具、两个模块、两个螺栓和压块，圆柱形模具轴向中心开有方形通孔，圆柱形模具侧面开有与方形通孔垂直的径向通槽，径向通槽底部为半圆形，半圆形R等于陶瓷基复合材料销钉试样的半径^+0.5，径向通槽的宽度等于模块的宽度^+0.5，径向通槽的高度等于模块的高度加上陶瓷基复合材料销钉试样的半径^+0.5；模块3的底部开有与陶瓷基复合材料销钉试样半径相对应的弧形槽，模块的宽度等于径向通槽宽度^-0.5，模块的高度等于径向通槽高度减去陶瓷基复合材料销钉试样的半径^-0.5；每个模块的长度＝(D-H)/2，其中D为圆柱形模具的直径，H为圆柱形模具轴向方形通孔的径向宽度；在圆柱形模具的顶部径向开两个螺纹孔，两个螺纹孔的中心连线与径向通槽底部的轴线平行，螺纹孔轴线与径向通槽底部的轴线垂直且相交，两个螺纹孔中心间距＝(D+H)/2，螺纹孔直径大于等于模块的宽度，螺纹孔的底部与径向通槽顶部相接，压块的尺寸和形状与圆柱形模具的轴向中心通孔相对应，且底部开有与销钉对应的弧形凹槽，压块的高度突出于圆柱形模具顶面5-10mm；制备剪切强度测试模具所用材料的弹性模量应大于测试试样的弹性模量；测试步骤是，

1)、制作陶瓷基复合材料销钉试样并放入剪切强度测试模具中的圆柱形模具的径向通槽中，将两个模块置于径向通槽中并压在陶瓷基复合材料销钉上，通过螺栓固定，最后在圆柱形模具的轴向孔中放入压块，使压块底部孤形凹槽压在陶瓷基复合材料销钉上；

2)、将带有陶瓷基复合材料销钉的模具放在试验机上，并控制试验机上夹头向下移动，使试样承受微小剪切应力；

3)、将实验机的载荷传感器和位移传感器与试验机的计算机连接；

4)、采用位移控制的加载方式测试陶瓷基复合材料销钉试样的载荷-位移曲线和剪切强度：

a)、假设剪切试验机下夹头的位移为u，加载前设定为u＝0；

b)、控制试验机的执行机构带动上夹头向下移动施加位移，直到陶瓷基复合材料销钉2试样受剪切力破坏，位移为u＝Δu；

5)、将位移传感器和载荷传感器得到的陶瓷基复合材料销钉试样数据进行处理，将力除以陶瓷基复合材料销钉试样的横截面积得到陶瓷基复合材料销钉试样的载荷-位移曲线和剪切强度。

陶瓷基复合材料销钉试样的长度，当进行双剪强度测试时，陶瓷基复合材料销钉试样的长度为圆柱形模具的直径D，当进行单剪强度测试时，陶瓷基复合材料销钉的长度为(D+H)/2^-0.5。

陶瓷基复合材料销钉的单剪和双剪强度均采用位移控制模式且加载速率均为0.01～0.05mm/min。

本发明的有益效果在于：

(1)试样固定在试验夹具中后，无需试样与试验机之间的对中处理，只需保证上夹头平面与模具上表面保持平行即可使试样在加载的过程中始终处于纯剪切状态，同时换样过程时间短，效率高。