[發(fā)明專利]復(fù)合材料試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210559567.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103884590A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白國娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 樓仙英;徐年康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及復(fù)合材料斷裂性能及分層行為的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

目前被廣泛用于飛機(jī)主承力構(gòu)件的樹脂基復(fù)合材料主要是層壓板與層壓結(jié)構(gòu)，它們是由多層預(yù)浸帶鋪迭后熱壓而成的層壓制件。在制造過程中由于預(yù)浸帶的污染，或是熱壓過程中的揮發(fā)性物質(zhì)未被排除等多種原因，很容易使層壓板局部層和層脫粘，造成分層缺陷；此外，樹脂強(qiáng)度遠(yuǎn)低于纖維，同時(shí)界面強(qiáng)度相對(duì)較低，使層間強(qiáng)度成為層壓板的薄弱環(huán)節(jié)，并且層壓板自由邊、孔邊等幾何不連續(xù)處會(huì)引起高的層間應(yīng)力。低層間強(qiáng)度和高層間應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致層與層之間的分離，所以分層是層壓板最主要的問題。

層壓板的分層大致有I型(張開型)、II型(剪切型)和III型(撕裂型)以及它們的組合，其中，I型分層是拉伸受載，分層面與載荷方向垂直；II型分層是剪切受載，分層面與載荷方向平行；III型分層是拉伸和剪切同時(shí)受載。一般情況下，含混合應(yīng)力的結(jié)構(gòu)發(fā)生分層時(shí)，三種分層模式共存，其中I型和II型分層是主要模式，III型所占比重相對(duì)較小，可以忽略，因此I型和II型分層以及I型和II型的混合型分層是研究的重點(diǎn)。純I型斷裂性能的測量是通過懸臂梁(DCB)試驗(yàn)完成，試驗(yàn)時(shí)直接在試驗(yàn)件端部施加張開載荷；而純II型是通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)即端部缺陷彎曲(ENF)試驗(yàn)完成，試驗(yàn)時(shí)在試驗(yàn)件中間施加彎曲載荷進(jìn)行傳統(tǒng)的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，此種試驗(yàn)方式無法靈活改變加載點(diǎn)位置；I型和II型的混合型斷裂性能的測量只能通過混合模式彎曲(MMB)分層試驗(yàn)完成，但由于沒有合適的試驗(yàn)裝置所以試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)。

雖然復(fù)合材料分層原理都被熟知并且也針對(duì)I型分層、II型分層斷裂韌度做了大量試驗(yàn)，但是，由于沒有合適的混合型分層試驗(yàn)裝置，I型和II型的混合層間斷裂韌度的試驗(yàn)很少，并且在實(shí)際實(shí)驗(yàn)研究中沒有I型分層斷裂韌度、II型分層斷裂韌度、以及I、II混合層間斷裂韌度測量的統(tǒng)一試驗(yàn)裝置，更沒有一種能夠分別做I型分層、II型分層、以及I、II混合型分層試驗(yàn)的集成試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種用于復(fù)合材料的集成試驗(yàn)裝置，利用該裝置能夠根據(jù)需要測量I型分層斷裂韌度、II型分層斷裂韌度、或者I、II混合層間斷裂韌度。

為此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種復(fù)合材料試驗(yàn)裝置，所述復(fù)合材料試驗(yàn)裝置包括：底座；第一支撐機(jī)構(gòu)，其可移動(dòng)地安裝在所述底座上；第二支撐機(jī)構(gòu)，其固定安裝在所述底座的一端；加載機(jī)構(gòu)，其位于所述第一支撐機(jī)構(gòu)和所述第二支撐機(jī)構(gòu)的上方，用以對(duì)被支撐在所述第一支撐機(jī)構(gòu)和所述第二支撐機(jī)構(gòu)上的試驗(yàn)件施加載荷；以及支撐梁，其與所述加載機(jī)構(gòu)可移動(dòng)地連接。

根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，所述復(fù)合材料試驗(yàn)裝置還包括次級(jí)加載機(jī)構(gòu)，其可移動(dòng)地安裝于所述支撐梁上并與所述加載機(jī)構(gòu)間隔開。

具體地，所述第一支撐機(jī)構(gòu)包括第一支撐架和安裝在所述第一支撐架上的第一支撐軸，所述第一支撐架包括可移動(dòng)的支座，其能夠沿設(shè)置在所述底座上的導(dǎo)槽移動(dòng)。

根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第二支撐機(jī)構(gòu)包括第二支撐架和安裝在其上的下夾頭，在所述下夾頭上方相對(duì)設(shè)置有安裝在所述支撐梁上的上夾頭，在進(jìn)行張開試驗(yàn)時(shí)，所述上夾頭和所述下夾頭與試驗(yàn)件鉸鏈連接。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，所述第二支撐機(jī)構(gòu)包括第二支撐架和安裝在其上的第二支撐軸，在進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，所述第二支撐軸與所述第一支撐軸共同支撐試驗(yàn)件。

進(jìn)一步地，所述加載機(jī)構(gòu)包括通過支撐座與所述支撐梁可移動(dòng)安裝的加載梁，以及依次與所述支撐座連接的滾動(dòng)軸承和第一加載軸，加載夾持端將載荷施加于所述加載梁，所述加載梁與所述滾動(dòng)軸承接觸。

進(jìn)一步地，所述次級(jí)加載機(jī)構(gòu)包括安裝在所述支撐梁上的第三支撐架和安裝在所述第三支撐架上的第二加載軸。

根據(jù)一種實(shí)施方式，所述支撐梁為工字梁，其上設(shè)有多個(gè)安裝孔以調(diào)節(jié)安裝于其上的各部件的位置。

根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一支撐架的可移動(dòng)的支座通過地腳螺栓連接到所述底座上的導(dǎo)槽中。