[發明專利]纖維增強復合材料管材層間剪切強度試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201710342594.8
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN106969989A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 曾艷明;王海云;王敏;王宇紅;謝歡;劉天宇;賈飛飛
• 申請（專利權）人: 江南工業集團有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 馬強,鄭俊超

技術領域

本發明屬于復合材料性能測試領域，具體涉及纖維增強復合材料管材層間剪切強度試驗裝置及試驗方法。

背景技術

目前，對纖維增強復合材料層間剪切強度性能檢測按國家標準GB1450.1《玻璃纖維增強塑料層間剪切強度試驗方法》執行。該標準明確了試樣的尺寸、外觀等要求。

在實際操作中，不論是什么形狀的產品，一般都按照國標的要求制作成塊狀的標準試驗進行材料的層間剪切強度性能檢測。然而標準試樣制備過程與產品的生產過程不能完全一致，試驗結果不能完全反映產品的實際性能。

對于管狀材料，是不能直接在產品上取樣進行試驗的，而是在產品上取樣之后，對樣品進行加工，切割部分管壁，然后制作成標準試樣，制作步驟繁瑣，而且需要較厚的管壁才能制作。這樣就使得對于管壁薄的產品，完全無法制作標準試樣，無法測試。

而且，該國標適用于塊狀試樣的檢測，對于管狀產品就不能完全反應其真實數據，因為塊狀的層間結構和環狀的層間結構不同。

因此，由于產品尺寸及形狀的限制，按照現有的國標要求進行試驗已經不能反應管材層間剪切強度性能測試的真實情況。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提供一種能夠直接、真實反映產品性能，減少標準樣的制備步驟的纖維增強復合材料管材層間剪切強度試驗裝置及試驗方法。

本發明解決問題的技術方案是：一種纖維增強復合材料管材層間剪切強度試驗裝置，包括管狀試樣及夾具，所述管狀試樣包括管狀本體，環繞管狀本體、在管狀本體外壁上端和下端分別挖除徑向截面為矩形的圓環，使管狀本體的外壁中段形成環繞的凸起；

所述夾具包括壓板和底座，底座設有階梯內孔，所述管狀本體擱置于底座的階梯內孔中，所述凸起的下端面與階梯內孔的臺肩抵接；

所述壓板設置于管狀本體上端面，力學性能試驗機的壓頭與壓板抵接施加載荷。

上述方案中，試驗試樣直接保留了管材產品的原貌，能夠真實的反應該產品的層間剪切性能，試驗數據更加可靠。

進一步的，所述管狀本體與階梯內孔間隙配合。

具體的，所述階梯內孔為兩級階梯內孔，包括第一級孔以及孔徑小于第一級孔的第二級孔；

所述凸起的外徑大于第二級孔的孔徑，管狀本體的下端插入第二級孔內，凸起的下端面與第一級孔和第二級孔交界處的臺肩抵接。

所述壓板包括水平板、與水平板下表面垂直連接的豎直板，所述水平板的直徑大于管狀本體的管內徑，豎直板直徑小于管狀本體的管內徑；

所述豎直板插入管狀本體的中空腔，水平板與管狀本體的上端面抵接。

相應的，本發明還提供一種應用上述纖維增強復合材料管材層間剪切強度試驗裝置的試驗方法，包括如下步驟：

(a)在纖維增強復合材料管材上，垂直于管材軸線截取試樣得到管狀本體；

(b)環繞管狀本體、在管狀本體外壁上端和下端以去除材料的方式分別挖除徑向截面為矩形的圓環，使管狀本體的外壁中段形成環繞的凸起，從而得到管狀試樣；

(c)將管狀試樣放入底座的階梯內孔，使凸起的下端面與階梯內孔的臺肩抵接，然后將壓板壓在管狀本體上端面；

(d)啟動力學性能試驗機，使力學性能試驗機對壓板勻速施加靜態壓縮載荷，直到管狀試樣出現破壞；

(f)確定管狀試樣的破壞壓力F，進而計算產品的層間剪切強度б_t，計算公式為：

式(001)中：б_t—層間剪切強度，單位為兆帕(MPa)；

F—試樣破壞載荷，單位為牛頓(N)；

a—為剪切面厚度，單位為毫米(mm)；

D—為層間剪切面直徑，單位為毫米(mm)；

(g)重復上述步驟(a)～(f)至少五次，做不少于五個管狀試樣的試驗，取均值。

所述階梯內孔為兩級階梯內孔，包括第一級孔以及孔徑小于第一級孔的第二級孔；

所述凸起的外徑大于第二級孔的孔徑，管狀本體的下端插入第二級孔內，凸起的下端面與第一級孔和第二級孔交界處的臺肩抵接；

管狀試樣與階梯內孔之間為間隙配合。

上述試驗方案制作管狀試樣的步驟簡單，省去了在管材壁上切割塊狀局部材料的步驟，簡單方便。

本發明的顯著效果是：

1、本發明的管狀試樣可根據實際產品尺寸進行調整，直接在纖維增強復合材料管材上取樣，適用性廣，管狀試樣制備步驟簡單，節省了成本。

2、試驗結果真實反映產品層間剪切性能，數據更加可靠。

3、層間剪切試樣、夾具及檢測方法簡單、方便。