[发明专利]一种硬脆复合材料弯曲试验的自适应夹具及弯曲强度检测方法

说明书

本发明提供了一种硬脆复合材料弯曲试验的自适应夹具及弯曲强度检测方法。弯曲试验自适应夹具由压头、支座和基座组成；支辊自适应调节块通过调节块连接销安装在支撑块上，可围绕调节块连接销转动以保证支辊、压辊与弯曲试样处于线接触状态，减少因试样表面平面度和平行度的影响而造成的测量误差；采用电机配合双向丝杆实现跨距的精确调节以实现不同跨距的弯曲试验。通过确定试样纤维增强体的构造和/或数量，测量试样表层孔隙面积和深度，以避免试样再加工造成的材料浪费，并确保检测数值与真实值的相近性，减少随机误差。采用本弯曲强度检测方法和弯曲试验自适应夹具，可以快速准确地测量陶瓷基复合材料的弯曲强度。

技术领域

本发明涉及陶瓷力学检测技术领域，具体涉及一种硬脆复合材料弯曲试验的自适应夹具及弯曲强度检测方法。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料是将纤维增强相引入陶瓷基体中使之增强增韧的多相材料，其综合了陶瓷基体良好的化学和热稳定性以及纤维优越的力学性能，具有耐高温、低密度、高比强度、高比模量、热膨胀系数低、耐磨损、耐化学腐蚀等优点，目前已被用于液体火箭发动机喷管、导弹天线罩、航天飞机鼻锥、高档汽车刹车盘等部件的制造。然而由于其硬度高、脆性大、非均质等特点，加工后易产生表面、亚表面缺陷，导致加工后的零部件往往难以满足服役要求，严重制约了陶瓷基复合材料的进一步推广。

弯曲试验是测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，是检测材料机械性能的基本方法之一。目前常用的弯曲试验方法有三点弯曲试验和四点弯曲试验，所使用的夹具主要由底座、支座以及压头组成，通过更换压头可以分别进行三点弯曲试验和四点弯曲试验。陕西钢铁集团有限公司李君荣等人公开了《一种支辊式弯曲测试装置》，专利公开号CN203965259U，这种装置的两支座可以通过传动螺杆实现跨距的调节，并且采用半球状压头的U型槽与连接杆配合可以便于更换压头。浙江工业大学周欣竹等人公开了《一种可调节的三、四点弯曲通用型试验机用夹具》，专利公开号CN110220773A，该夹具可以通过螺栓连接实现上压头的拆卸与安装，便于更换压头以进行三、四点弯曲试验，并且也可以通过螺纹杆连接以及螺栓紧固的方式实现跨距的调节与支座锁紧。但受试样平面度与平行度的影响，上述两个专利难以保证支辊、压辊与样件保持紧密接触，从而引起测量误差。

此外，目前关于连续纤维增强陶瓷基复合材料弯曲强度测试没有统一的国际或者国家标准，无法保证结果统一性。山东工业陶瓷设计院有限公司吕艳红等人提出了《连续纤维增强陶瓷基室温弯曲强度的检测方法》，专利公开号CN 108956323A，该方法根据纤维增强体的编织方向确定试样厚度和宽度方向的纤维增强体的构造或数量，可有效保持试样有效单元，保证测量结果的一致性。同时设计了新的试样尺寸，使得即使试样存在较多孔隙、裂纹缺陷时也可以进行二次加工来减少材料的浪费，但陶瓷基复合材料受制备工艺所限，难免存在孔隙缺陷，该方法并未对孔隙缺陷的程度提出要求，并且连续纤维增强陶瓷基复合材料中碳纤维的编织方式多样，该方法仅提供了两种编织方式的试样制备要求，难以进一步推广应用。

目前连续纤维增强陶瓷基复合材料的弯曲试验装置有效试验跨距和有效试验宽度相对较小，调节跨距需要更换夹具费时费力；并且辊棒固定无法调节，受试样平面度与平行度的影响，不能实现弯曲强度检测标准中辊棒与试样紧密接触的要求，同时由于连续纤维增强陶瓷基复合材料存在随机孔隙、纤维束编织方式不同等原因，使得试样强度检测结果的随机误差较大。因此提出了一种硬脆复合材料弯曲试验的自适应夹具及弯曲强度检测方法。

发明内容