[發明專利]一種單絲纖維壓縮性能的測量方法及其裝置

無效

• 申請號: 200910072845.0
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101650282A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 張博明;孫新楊;鄭雙;武玉芬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06;G01B7/16
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 崔東輝

(一)技術領域

本發明涉及材料科學，具體說就是一種單絲纖維壓縮性能的測量方法及其裝置。

(二)背景技術

隨著纖維增強復合材料的廣泛應用，人們在認識纖維性能的影響因素方面進行了深入探索，主要研究如何改善碳纖維的拉伸性能，結果是某些纖維的拉伸強度大幅度提高并超出以前采用“最弱環節”理論所推斷的預測值。然而，仍存在限制纖維復合材料廣泛應用的一個主要障礙，即相對于好的拉伸性能來說其壓縮性能太差。實質上，在壓縮形變和壓縮斷裂機制方面過去很少引起人們的關注。因此如何評價纖維單絲的軸向壓縮性能在復合材料性能評價參數中有著重要的意義。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種測量精度高、穩定性能好、纖維壓縮性能評價可靠的單絲纖維壓縮性能的測量方法及其裝置。

本發明的目的是這樣實現的：所述的單絲纖維壓縮性能的測量裝置，它是由位移控制器、位移加載臺、單絲纖維、應變梁、數據采集系統和數字解調系統組成的，位移控制器連接位移加載臺，位移加載臺連接單絲纖維，單絲纖維連接應變梁，應變梁連接數據采集系統，數據采集系統連接數字解調系統。

所述的單絲纖維壓縮性能的測量方法，步驟如下：

步驟一：實驗樣件制作：在透明的薄玻璃片上制作一個凹槽做為單絲纖維控制觀察平臺和固定平臺，在單絲纖維的尾部連接微移動尺對單絲纖維伸出臺面長度實行控制，整體操作過程在2000倍的顯微鏡下進行，并通過顯微鏡的測量系統對要進行壓縮的單絲纖維長度進行測量；

步驟二：載荷測量：主要包括驅動裝置和應變測量裝置，其中驅動裝置由AH-SC3電動位移臺運動控軟件和AH-STA05超薄型電動平移臺組成，應變測量裝置由移動尺和微小懸臂梁組成，懸臂梁采用的材料是不銹鋼片，其尺寸：長、寬、厚度為L＝56.2mm?a＝10mmb＝0.3mm，單絲纖維固定在超薄型電動平移臺最前端，通過移動尺調整單絲纖維與加載梁的位置，單絲纖維所受壓縮載荷是通過彎曲承載結構懸臂梁傳遞給傳感器，單絲纖維通過微位移加載臺對金屬梁施加載荷，通過應變片記錄懸臂梁的變形情況直到纖維被壓斷，進而間接計算出單絲纖維整個壓縮過程所受到的力及壓縮強度。

本發明一種單絲纖維壓縮性能的測量方法及其裝置，采用在懸臂梁根部粘貼應變片的方法來放大纖維承受的載荷應變。解決了微米級纖維所能承受微小壓縮力不宜識別的主要技術問題，金屬應變片傳感器技術成熟，具有靈敏度高、重量輕、便于與計算機連接、解調技術成熟等優點。采用位移連續微加載平臺驅動纖維單絲向懸臂梁施加載荷。整體系統測量精度高，穩定性能好，纖維壓縮性能評價可靠。

(四)附圖說明

圖1為本發明的壓縮時間與壓縮應力變化曲線圖；

圖2為本發明的數據采集系統實時監測圖；

圖3為本發明的位移控制系統造作界面；

圖4為本發明的懸臂梁受力圖；

圖5為本發明的截面受力圖；

圖6為本發明的纖維單絲壓縮系統示意圖。

(五)具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。

實施例1：結合圖6，本發明一種單絲纖維壓縮性能的測量方法及其裝置，所述的單絲纖維壓縮性能的測量裝置，是由位移控制器、位移加載臺、單絲纖維、應變梁、數據采集系統和數字解調系統組成的，位移控制器連接位移加載臺，位移加載臺連接單絲纖維，單絲纖維連接應變梁，應變梁連接數據采集系統，數據采集系統連接數字解調系統。

所述的單絲纖維壓縮性能的測量方法，步驟如下：

步驟一：實驗樣件制作：在透明的薄玻璃片上制作一個凹槽做為單絲纖維控制觀察平臺和固定平臺，在單絲纖維的尾部連接微移動尺對單絲纖維伸出臺面長度實行控制，整體操作過程在2000倍的顯微鏡下進行，并通過顯微鏡的測量系統對要進行壓縮的單絲纖維長度進行測量；

步驟二：載荷測量：主要包括驅動裝置和應變測量裝置，其中驅動裝置由AH-SC3電動位移臺運動控軟件和AH-STA05超薄型電動平移臺組成，應變測量裝置由移動尺和微小懸臂梁組成，懸臂梁采用的材料是不銹鋼片，其尺寸：長、寬、厚度為L＝56.2mm?a＝10mmb＝0.3mm，單絲纖維固定在超薄型電動平移臺最前端，通過移動尺調整單絲纖維與加載梁的位置，單絲纖維所受壓縮載荷是通過彎曲承載結構懸臂梁傳遞給傳感器，單絲纖維通過微位移加載臺對金屬梁施加載荷，通過應變片記錄懸臂梁的變形情況直到纖維被壓斷，進而間接計算出單絲纖維整個壓縮過程所受到的力及壓縮強度。