[發明專利]環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試裝置及夾持方法

無效

• 申請號: 201110406174.4
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102519934A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 黃遠;李偉;何芳;王玉林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及一種應力加載測試裝置，尤其涉及一種用于環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試裝置。

背景技術

復合材料的使用過程中始終會處在不同的應力環境下，因此研究在一定應力環境下復合材料的吸濕行為及其吸濕過程中的殘余應力變化，將對該材料的設計和應用提供重要的理論參考依據。

由于纖維和環氧樹脂的熱膨脹系數不同，另外，在樹脂固化過程中，樹脂要發生收縮，但纖維限制樹脂的收縮，這樣在復合材料內存在界面殘余應力或界面內應力。作用在基體上的內應力與作用在纖維上的內應力是一對作用力與反作用力。采用微拉曼光譜法表征碳纖維增強環氧樹脂復合材料的濕熱應力。Raman光譜法測量復合材料濕熱殘余應力不用破壞試樣，實驗本身不會遭到濕熱的干擾，而且測量精度高。YoungLucas?M，Young?RJ等人通過碳的特征峰頻移研究了單壁碳納米管復合材料的熱效應和變形行為，結果表明加熱時碳特征峰左移，而試樣變形時，受拉應力的峰值左移，受壓應力的峰值右移。測定了同一位置點不同情況下的Raman光譜特征峰的偏移，由于碳纖維Raman光譜特征峰的偏移是和應力、應變變化呈線性關系的，進而得到纖維不同吸濕時間的濕熱殘余應力大小。利用碳纖維單絲應變與Raman頻移的關系確定復合材料中吸濕導致的碳纖維頻移量；然后利用微力學測試儀測得的碳纖維單絲應力、應變曲線與頻移量的關系來確定不同的應力情況所導致的應力。

目前，在復合材料受力情況下的吸濕行為及其Raman應力測試，使用的是四點彎曲的裝置，需要應變片及附屬裝備來測得材料的變形量，但是整個裝置體積大不便于移動、攜帶，并且價格非常的昂貴。另外，用于測量復合材料吸濕動力學曲線用的應力加載裝置，過于的笨重，且受到它的結構特點和大小的限制不能用于Raman光譜的測量。為了深入研究外應力對復合材料在不同應力環境下的吸濕規律及吸濕過程中殘余應力的影響，需要測量連續吸濕情況下復合材料同一位置上的Raman光譜，和復合材料在不同應力環境下定點測量Raman光譜并計算其殘余應力的變化值，因此，需要開發一種結構要簡單、輕巧，且能適用于Raman光譜的載物臺。

發明內容

針對現有情況下復合材料的服役情況，提供一種用于環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試裝置，本發明依據胡克定律，適用彈簧加載體系，載荷通過彈簧對試樣施加一定的應力，可以測定環氧基碳纖維復合材料在應力環境下的吸濕動力學曲線及其應用顯微激光拉曼儀對其殘余應力的測量。

為了解決上述技術問題，本發明用于環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試裝置予以實現的技術方案是：該拉應力加載測試裝置包括支座，所述支座呈凹字型，具有兩個側立板，其中一個側立板的內側設有拉環，另一個側立板上設有一螺栓過孔，在兩個側立板之間設有拉簧和固定被測試樣的第一固定夾具和第二固定夾具，所述第一固定夾具和所述第二固定夾具均包括分別位于每個夾具一端的夾持部，所述第一固定夾具上的另一端設有拉簧孔，所述第二固定夾具的另一端為螺紋桿，所述螺紋桿在該螺紋桿部位設有施力調整螺母。

進一步講，本發明環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試裝置，其中，所述拉環的中心與所述螺栓過孔的中心布置在同一軸線上。所述夾持部包括設有夾口的U型夾頭，所述夾口內設有兩個墊片，所述U型夾頭和兩個墊片上設有一組對正的通孔，所述兩個墊上設有兩組對正的通孔，每組對正的通孔中均分別設有一個螺栓。所述支座上，在位于與拉簧長度范圍內設有與拉簧軸向方向一致的刻度。

本發明一種環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試的夾持方法，利用上述拉應力加載測試裝置夾持試樣的步驟是：先將拉簧的一端掛在支座側立板上的拉環中，將拉簧的另一端掛在第一固定夾具的拉簧孔中；將第二固定夾具的螺紋段穿過在支座另一側立板上的螺栓過孔；在試樣的兩端按照U型夾頭及墊板上孔的位置加工出安裝孔，將試樣置于U型夾頭內的兩個墊板之間，然后用螺栓將U型夾頭、墊板和試樣夾住；通過第二固定夾具上的施力調節螺母，將試樣置于整個裝置的中軸線上，且使試樣在中軸線方向上的拉力基本為零。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

由于本發明環氧基碳纖維復合材料拉應力加載測試裝置是基于胡克定律，適用彈簧加載體系，載荷通過拉簧對試樣施加一定的應力。根據彈簧剛度通過控制彈簧變形量和剛度來計算加載應力的大小。本發明結構簡單，受力機理清晰，易于加工，價格便宜，夾持的試樣不用裝卸可直接用于吸濕實驗和顯微激光拉曼光譜實驗，不但易于操作，而且大幅度降低了實驗成本。

附圖說明