[发明专利]一种三维纺织复合材料拉伸和压缩试样制备装置和方法

说明书

本发明公开了一种三维纺织复合材料拉伸和压缩试样制备装置和方法，所述试样制备方法区别于常规复合材料试样制备方法，基于复合材料特有的单胞属性，能够实现拉伸、压缩试样和加强片几何尺寸参数可变。该制备方法能够增加工装的通用性，减少工装成本，保证试样制作的平行度和垂直度，增加加强片与试样本体之间的结构胶分布均匀性，减少加强片的粘贴质量对操作人员依赖程度，保证试样加强片粘贴质量的稳定性和一致性，为试验数据的可靠性、离散性和真实性提供保障。

技术领域

本发明属于复合材料试样制备技术领域，具体为一种三维纺织复合材料拉伸和压缩试样制备装置和方法。

背景技术

众所周知，复合材料在进行拉伸、压缩等试验测试时，试样端部需要粘贴加强片作为夹持区，直接与夹具接触，保护试样本体，防止夹具对试样本体造成损伤，导致破坏提前发生，得不到科学、严谨的试验数据。以往在粘贴加强片的时候往往首先根据试样几何尺寸设计先将复合材料平板切割至所需的试样尺寸，然后在试样上采用划线的方式确定加强片粘贴位置，之后涂抹结构胶，粘接加强片之后采用机械方式固定，此方法往往会造成试样本体两侧的加强片不对正和测试区域尺寸不一致的问题，并且由于机械固定方式导致的加强片受力不均匀，加强片与试样本体之间的结构胶分布不均，往往导致加强片脱粘等现象发生。

复合材料在进行拉伸、压缩等试验时，往往对试样制作的平行度和垂直度要求很高，加强片与试样本体的垂直度与平行度不够将影响试样质量，继而直接影响试验数据的可靠性与真实性。

三维机织复合材料采用三维机织预制体作为增强材料通过树脂模塑传递成型工艺(RTM,ResinTransferMolding)、树脂膜熔渗工艺(RFI，ResinFilm Infusion)等工艺制备，三维机织预制体通过机织工艺制备，厚度方向存在增强纤维，使预制体形成了不会分层的整体网状结构，增加了复合材料的层间连接性能，使其具有比传统二维铺层复合材料更高的层间刚度、层间强度、抗冲击性能等，在航空航天、船舶、建筑、运动器械和医疗器械等方面具有广泛的应用空间。

与传统铺层复合材料相比，三维机织复合材料具有“单胞”概念，其试样的尺寸需要考虑单胞尺寸，一三斜纹三维机织复合材料单胞尺寸如图2所示，单胞尺寸随机织工艺用的纱线规格、经纬纱密度等工艺参数的变化而变化。另外，由于三维机织复合材料独特的单胞属性，使其具有一定的尺寸效应，在进行拉伸、压缩等试验测试时试样几何尺寸一般需要考虑一定的单胞数量，如拉伸、压缩试样一般要求其宽度尺寸不小于两倍单胞宽度，拉伸试样标定段长度不小于3倍单胞长度，压缩试样标定段长度不小于2倍单胞长度。因此在考虑一定单胞数量的情况下，试样的长度、宽度以及标定段长度等参数需要根据单胞尺寸的变化而变化，相应地，加强片的长度、宽度等参数也需要根据单胞尺寸的变化而变化，换言之，三维机织复合材料拉伸、压缩等试样制备需要实现试样和加强片的几何参数可变，复合材料试验常用的拉伸和压缩试样几何外形分别如图3和图4所示。

常用加强片粘贴工装常常针对特定类型和尺寸的试样进行设计，对于三维机织复合材料的适用性不强，加强片的粘贴质量对操作人员依赖程度较大，给后续试样精加工带来困难，难以保证试样加强片粘贴质量的稳定性和一致性。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种三维纺织复合材料拉伸和压缩试样制备装置和方法。

为实现以上目的的技术解决方案如下：