[发明专利]一种测量复材管环向弹性模量和泊松比的试验方法

权利要求书

1.一种测量复材管环向弹性模量和泊松比的试验方法，其特征在于，对弧形试件进行拉伸，所述方法包括步骤：所测试的弧形试件直接沿复材管环向截取，并粘贴应变片；弧形试件的两端分别夹紧在楔形式自锁夹具上；楔形式自锁夹具通过单向铰与拉伸试验机相连，以实现拉伸过程中弧形试件绕单向铰钢轴的自由转动；试验共包括两个阶段；试验的第一阶段：在拉伸作用下，弧形试件的平面外弯曲逐渐被吸纳，直至弧形试件被拉直；试验的第二阶段：从弧形试件被拉直到弧形试件被拉伸到规定应变或最终破坏后，即完成整个试验；根据试验的第二阶段中线性范围所测得的拉力数据、应变数据计算获得复材管的环向弹性模量和/或泊松比；

所述粘贴应变片包括：应变片精准地定位并粘贴于弧形试件的内外两面，在弧形试件的内表面中部两侧沿纵向分别粘贴第1应变片和第2应变片，在外表面中心位置沿纵向粘贴第3应变片；当需要测量泊松比时，除第1应变片、第2应变片以及第3应变片外，需在弧形试件的外表面靠近第3应变片的位置沿横向粘贴第5应变片，在弧形试件内表面对应于第5应变片的位置沿横向粘贴第4应变片，采用标距为5mm至20mm的应变片，同时应变片标距不小于弧形试件纤维分布结构最小重复尺寸的3倍；

计算弧形试件的环向弹性模量和泊松比时，按如下方法进行计算拉伸应力：

，

式中：

——表示拉伸应力；

——表示拉伸荷载；

——表示弧形试件宽度；

——表示弧形试件厚度；

对应试验加载的第二阶段，拉伸应力-拉伸应变曲线的基本表现为线性，其斜率即为复材管的环向弹性模量，选取拉伸应力-平均拉伸应变曲线中线性范围内应变增长至少为0.2%两点间的数据用于计算弧形试件的环向弹性模量，环向弹性模量为对应的拉伸应力增长与平均拉伸应变增长的比值，由下式计算：

，

式中：

——表示复材管的环向弹性模量；

——表示第二阶段平均拉伸应变增量，至少为0.2%；

——表示与第二阶段平均拉伸应变增量对应的拉伸应力增量；

泊松比的计算：

泊松比为对应的平均横向应变增长与平均纵向应变增长的比值，由下式计算：

，

，

，

——表示复材管环向泊松比；

——表示弧形试件的平均横向应变；

——表示弧形试件的平均纵向应变；

——表示弧形试件的平均拉伸应变；

，——分别表示第4应变片和第5应变片的读数；

——表示与第二阶段平均拉应变增量对应的平均横向应变增量；

——表示与第二阶段平均拉应变增量对应的平均纵向应变增量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，弧形试件需取自于一根复材管至少2个高度处的环形试件，每个环上取不少于2个弧形试件且总的弧形试件数目不少于4个。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：弧形试件的宽度不大于35mm，且不小于20mm，弧形试件弧长的标距不小于100mm，且不大于200mm，弧形试件两端锚固的长度不小于30mm。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，单向铰为钢加工构件，一端为实心圆柱，与拉伸试验机固接；另一端为空心圆柱，楔形式自锁夹具的端杆插入空心圆柱内，并通过一根插入式的钢轴将楔形式自锁夹具与单向铰连接；单向铰的空心圆柱在垂直于钢轴的平面的两侧各有一个缺口，在这个平面内楔形式自锁夹具可绕钢轴自由转动，从而在拉伸过程中弧形试件可被顺利地拉直。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第一阶段和第二阶段的总时间不小于30分钟，试验的加载方式为位移控制，试验的第一阶段和第二阶段采用不同的加载速度：第一阶段，首先根据最初始时刻两个单向铰钢轴位置之间弧形试件的弧长和两个单向铰钢轴直线距离的差值来确定该阶段加载头需移动的距离，然后在该阶段加载时间不小于5分钟的限制条件下，计算该阶段的加载速度；试验进入第二阶段后，加载速度则减至0.1~0.2mm/分钟。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，试验的第一阶段和第二阶段中，所有的拉力数据和应变数据均利用数据采集仪连续记录。