[发明专利]复合材料低温性能测试夹具组件

说明书

技术领域

本发明属于材料力学性能测试设备，特别涉及用于低温环境下复合材料的拉伸和疲劳试验的夹具组件。

背景技术

纤维增强复合材料以其优异的比强度、比刚度以及良好的热阻性，在低温领域(如低温承压容器、低温环境支撑件、超导设备等)具有巨大的应用前景和潜力。复合材料在低温下的力学性能参数与常温下相比会发生变化，这主要是由于在低温下基体变脆、基体与纤维的热膨胀系数不同导致的界面热应力等因素造成的，然而在现阶段，由于低温试验设备的复杂性等因素，复合材料的低温力学性能参数还很少，这严重制约了复合材料在低温下的应用。

利用常温夹具对复合材料在低温下进行拉伸和疲劳试验，常常会发生复合材料打滑的现象，导致试验无法进行。但是，在进行复合材料拉伸或者疲劳试验时，不能在其夹持段开孔，否则会造成开孔段首先发生破坏。同时，由于复合材料特殊的结构形式，也不能在夹持段设置螺纹结构。这些使得复合材料的夹持成为一个难题。

虽然专利CN 102841011 A提出了用于测试纤维增强复合材料低温力学拉伸性能的测试夹具，但是其存在两个问题：1、复合材料的初始夹紧力太小，无强制夹紧装置，很可能在初始拉伸时试样就发生打滑；2、两个夹持滑块不能实现同时运动，这使得两个滑块的齿尖不能保证水平对齐，在复合材料夹持段会产生很大的切应力，很可能使得夹持段首先发生破坏。专利CN 104020043 A设计了另外一种复合材料低温力学性能测试夹具，但是其结构不紧凑，难以应用到常见的疲劳试验装置上，且缺乏自紧装置，夹紧力主要为螺栓力。

目前，国内外尚未见述相关试验夹具对上述问题给出较好的解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中传统实验夹具应用于复合材料低温力学实验时出现的试样打滑的问题，提出一种复合材料低温性能测试夹具。

为解决问题，本发明的技术方案如下：

提供一种用于复合材料低温性能测试的夹具组件，包括两个用于夹持试样的夹具；所述夹具结构相同，均包括：用于夹持试样的夹持滑块、用于传动竖直位移的从动滑块、用于传动水平位移的过渡滑块、用于产生制动力的制动螺栓，以及用于强制夹紧试样的强制夹紧螺栓；其中，

夹具的一端开设用于连接试验机的螺杆沉孔，另一端设置开口状的U型通孔；U型通孔的两侧内壁相对倾斜形成夹角，使开口端距离小于底部横向尺寸，且两侧内壁上分别开设导向槽；在U型通孔的内部空间设置两个楔形的夹持滑块和一个T形的从动滑块；夹持滑块一侧的垂直面上设齿牙，另一侧的斜面上设凸块；两个夹持滑块的齿牙面相对布置，其凸块分别嵌于U型通孔的导向槽中，使斜面与U型通孔内壁相接；夹具的两侧分别开设螺纹通孔，强制夹紧螺栓通过螺纹通孔伸至U型通孔内壁的导向槽，并与夹持滑块相接；

所述T形的从动滑块位于夹持滑块与U型通孔底部之间，具有顶端为光滑斜面的凸起部位，凸起部位伸入至U型通孔底部的沉孔中；在该沉孔中还有一个过渡滑块，过渡滑块具有与从动滑块匹配的光滑斜面以形成摩擦副；制动螺栓通过夹具上的螺纹通孔与过渡滑块相接。

本发明中，从动滑块与沉孔相对的底端由三个面组成，中间为水平面，两侧为斜面，斜面的倾斜角与U型通孔内壁倾斜角之和为90°；在从动滑块的斜面上开设导向槽，夹持滑块的顶端设凸块，凸块嵌入至从动滑块的导向槽中。

本发明中，所述夹持滑块的垂直面与斜面之间的夹角为12°；垂直面上齿牙的上倾角为45°，向下倾角为0°。

本发明中，所述沉孔的底面等分为两半，与过渡滑块接触的一半比与从动滑块接触的一半深1-3mm；沉孔的结构只允许过渡滑块作水平移动，从动滑块作竖直移动。

本发明中，从动滑块与沉孔的底面之间有3mm的间隙，过渡滑块与矩形孔的侧面有3mm的间隙。

本发明中，所述强制夹紧螺栓共有四个，在夹具两侧各布置两个。

本发明中，所述沉孔为方沉孔。

本发明中，所述U型通孔的倾斜角，即内壁与水平面之间的夹角为78°。

本发明中，所述从动滑块和过渡滑块接触的斜面与水平面之间的夹角为30°～60°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、适用于纤维增强复合材料试样的低温拉伸和拉拉疲劳力学测试；

2、能够保证复合材料在低温下受拉不打滑，试样夹持段不受破坏；

3、在实验过程中，随着试验拉力的增大，夹具齿牙上的阻力越大，夹紧力越大，进一步保证了夹紧的效果。

附图说明