[发明专利]测试纤维增强复合材料退化时力学性能的装置及方法

说明书

本发明涉及检测设备技术领域，具体涉及测试纤维增强复合材料退化时力学性能的装置及方法，包括移动变档激振器、无级变速器、夹具、固定机架、支座、底板、滚珠丝杠、传动系统、多功能环境箱、通气装置、减振固定塞、丝杠传动板，主电机、副电机、振针装置、复合梁。本试验仪可以对纤维增强复合材料梁进行拉伸、振动并引入环境因素，共有振动、温度，湿度，空气含氧度以及紫外线强度五种因素，不仅能够实现单一的载荷或者环境因素加载，还能将以上几种因素任意复合。再由根据要求所调节的环境因素维持机构可与拉伸，振动进行如上复合。此外，本试验箱所提供的热环境具有温度梯度。

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，具体涉及测试纤维增强复合材料退化时力学性能的装置及方法，能够测量退化时的纤维增强复合材料的力学性能的一种装置。

背景技术

纤维增强复合材料的比强度高、比模量高、热稳定性好，还有一定的阻尼减振能力，因此被广泛应用于航空、航天、船舶、兵器工业等重要领域。目前，工程实际中存在大量通过该类型材料制成的各种复合材料结构件，如直升机及喷气飞机使用的复合材料机翼，航空发动机中由纤维/陶瓷基复合材料制成的高温涡轮叶片等。由于复合材料及结构经常处于几百摄氏度乃至上千摄氏度的热环境下，在经过一段服役期后，其力学性能会发生一定程度的退化。另外，还有很多复合材料结构工作在在湿热、振动、紫外线照射等复杂环境下，上述环境的持续作用也对导致其力学性能出现不同程度的退化。因此，研究其性能退化问题及科学评价方法，有着重要的工程及学术意义。

目前，人们已经开始关注复合材料及结构的力学性能退化问题，并设计了一些相关的试验仪器或设备，但依旧存在一些问题。专利CN201610815513.7，专利201410794089.3，专利CN201320300717.8，专利CN201020149610.5分别是不同的实验构想，但皆是对金属材料或者复合材料的力学性能测试，他们均只能对片材进行单一加载，并不能够同时满足湿热，振动，拉伸等环境对片材的综合作用需求。专利CN200910197140-1公开了一种金属材料拉伸试验机，包括底座和设置在底座上的拉伸装置，所述拉伸装置包括固定在底座上的丝杆和导柱，丝杆和导柱上设有上横梁和下横梁，上横梁的下方设有上夹具，下横梁的上方设有下夹具，且外部设有防护罩，但同样未考虑到多种环境耦合作用对片材力学性能及其退化行为的影响；专利CN201610815513.7，专利201410794089.3，专利CN201020149610.5，分别提供了不同的加温与拉伸的试验方法，但是在结构上不够紧凑，功能单一，空间利用率低，且大都应用于专门领域，通用性差。

另外，传统的万能材料试验机虽然可以对材料实现拉伸，压缩，扭转等单独的静载荷加载，并以此数据来初步评判其力学退化问题。但并不能将此三种静态载荷组合作用于被测材料上，也没有考虑将振动等动态载荷与静态载荷实现复合加载。近来，随着纤维增强复合材料的广泛引入万能材料测试仪的局限性更为明显，因为纤维增强复合材料其一般不用于扭转，常常用于拉伸和压缩，此外其在振动作用以及热环境，化学腐蚀环境下对其退化的影响显得尤为明显，因为需要对拉伸，压缩，环境因素以及振动均进行设计，而不单单只是对一种静载荷加载与材料所制成的片材上面。故万能材料测试仪已经不能满足于对纤维增强复合材料退化时的力学性能的测试。

那些细长复合材料壳体结构，如风力机叶片等常服役于湿热环境，湿热对复合材料性能有较大影响，导致结构振动特性改变，因此研究湿热对细长复合材料结构振动特性影响机理有重要意义。境下旋转复合材料层合梁在周期激励下的动态响应和稳定性；之后便引入湿热，建立复合材料层合厚板的静力、屈曲和振动方程，并发展了自由度高阶剪切理论，在本构中考虑湿热，建立复合材料层合板几何非线性振动控制方程，讨论温度、湿度、长厚比、纤维方向角等对层合板振动特性影响；Swamy等用有限元法，分析湿热环境下复合材料层合壳的非线性自由振动；还有相关文献研究了湿热环境对旋转复合材料叠层梁摆振特性的影响。由于复合材料薄壁梁的复杂性，现有的对薄壁梁在湿热环境下的振动特性研究还很少。