[发明专利]一种复合材料蠕变行为测试夹具及测试方法有效

专利信息
申请号: 201810530754.6 申请日: 2018-05-29
公开(公告)号: CN108760476B 公开(公告)日: 2022-03-29
发明(设计)人: 张冬娜;戚东涛;邵晓东;马秋荣;蔡雪华 申请(专利权)人: 中国石油天然气集团有限公司;中国石油天然气集团公司管材研究所
主分类号: G01N3/04 分类号: G01N3/04;G01N3/08
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 徐文权
地址: 100007 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 复合材料 行为 测试 夹具 方法
【说明书】:

发明公开了一种复合材料蠕变行为测试夹具及测试方法,每套拉伸装置均包括一端用于连接在蠕变试验机夹头内的传力杆,传力杆另一端通过支架与拉力盘连接,拉力盘的外周设置有用于紧贴环形试样内壁的弧形结构;两套拉伸装置分别卡设在环形试样的上部内壁和下部内壁,本发明结构设计合理,能够对待测试的环形试样进行牢固的夹紧,保证了拉伸蠕变行为测试的顺利开展,保证试样在测试中没有夹持滑移的问题,进一步保证了其测试精度,同时,为连续纤维增强复合材料提供了一种拉伸蠕变行为的测试方法,保证了蠕变模量计算的准确性,并且提出了计算蠕变破坏长期破坏强度的方法。

技术领域

本发明属于复合材料拉伸蠕变测试技术领域,具体涉及一种复合材料蠕变行为测试夹具及测试方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有重量轻、比强度高、疲劳性好、耐腐蚀性好、可设计性强等优点,在航空航天、建筑工程、石油化工、交通运输等行业都有广泛的应用,并且随着对材料性能及轻量化要求的逐步提高,复合材料在以上领域的用量也逐渐增加。复合材料在航空航天、石油化工等领域常作为主要的结构件材料,承担了一定的载荷,尤其是在类似于管道结构环向承载时,单向复合材料承担了很大一部分载荷。为了保证设计的可靠性,需要对材料的基础性能进行测试,其中,复合材料的蠕变性能为一项重要的性能参数,对复合材料的使用寿命具有决定性的作用。

在复合材料中,引起蠕变的主要有以下几种因素:1)纤维蠕变:尽管室温下玻璃纤维和碳纤维的蠕变可以忽略,但是在高温和高应力作用下,尤其是在腐蚀介质中,增强材料还是有一定程度的蠕变现象。2)纤维逐渐拉直:在材料制造过程中,纤维不可能达到理想状态的伸直,在应力作用下随着基体蠕变纤维会被逐渐拉直。3)基体的蠕变:基体蠕变是复合材料蠕变的主要来源,特别是当基体控制材料变形时,例如单向或叠层复合材料承受拉伸应力时,蠕变现象尤其明显。

复合材料蠕变破坏的机理有两种,一种是由于载荷的传递使纤维达到极限应力而破坏,此时基体因承载突然增加也被破坏;一种是基体进入加速蠕变状态,造成基体内缺陷扩大和界面的初始破坏。但是每种材料都有一个最小应力值,应力低于该值时不论经历多长时间也不破裂,或者说蠕变时间无限长,这个应力值称为该材料的长期强度。

目前金属材料的拉伸蠕变行为有相应的测试方法及标准,塑料材料的拉伸蠕变测试方法及标准针对硬质和半硬质的非增强、填充和纤维增强的材料,明确指出不适用于复合材料。而且,在拉伸蠕变的测试过程中,对试样夹具有很高的要求,因为任何试样和夹具间的位移都对测试结果造成很大的影响,金属试样可以通过螺纹进行连接,保证试样和夹具间的稳定,塑料试样要求在升高载荷时,试样和夹具不允许有任何位移,不能使用自锁夹具。而且,金属材料和塑料材料拉伸蠕变的测试方法不能直接应用在复合材料的检测上。

发明内容

为了解决现有技术中的问题,本发明的目的是提供一种复合材料蠕变行为测试夹具及测试方法,保证试样在蠕变行为测试过程中,除了由于长期拉伸应力产生应变外,不存在其他形式的位移,特别适用于连续纤维增强树脂基复合材料。

为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:一种复合材料蠕变行为测试夹具,包括两套对称设置的拉伸装置,每套拉伸装置均包括一端用于连接在蠕变试验机夹头内的传力杆,传力杆另一端通过支架与拉力盘连接,拉力盘的外周设置有用于紧贴环形试样内壁的弧形结构;两套拉伸装置分别卡设在环形试样的上部内壁和下部内壁。

所述支架采用C型结构,拉力盘伸入支架的开口内,并通过螺栓贯穿支架和拉力盘实现固定。

传力杆与夹头连接的一端采用螺纹杆。

拉力盘采用半圆结构设计,拉力盘外壁的直径与环形试样内壁直径相等。

拉力盘外壁的直径为150mm,轴向宽度为5~7mm。

本发明还提供了一种复合材料蠕变行为的测试方法,包括以下步骤:

步骤1:制备复合材料环形试样,测量试样的轴向宽度和厚度;

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