[發明專利]一種三維編織復合材料高溫拉伸試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201710667989.5
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107643219B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 溫衛東;陳波;吳福仙;翁晶萌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

1.一種三維編織復合材料高溫拉伸試驗方法，采用三維編織復合材料高溫拉伸試驗裝置對三維編織復合材料的試驗件(1)進行高溫拉伸試驗，其特征在于：三維編織復合材料高溫拉伸試驗裝置包括兩個夾具，分別為上夾具和下夾具，上夾具和下夾具結構相同，上夾具包括試驗件夾頭(2)、中間墊塊(3)、外檔塊(4)、環形擋圈(5)以及緊固螺栓，所述試驗件(1)由兩端到中間依次為燕尾形夾持段(11)、過渡段(12)以及中間測試段(13)；試驗件夾頭(2)一端為圓柱段(21)，該圓柱段(21)用于通過試驗機的楔形夾塊夾持與試驗機相連，另一端為夾持端(22)，所述夾持端(22)上開設有燕尾槽(23)，所述燕尾槽(23)的開口側面位于夾持端(22)的側面上，燕尾槽(23)的短底邊(232)的開口位于夾持端(22)遠離圓柱段(21)的一側，燕尾槽(23)的長底邊(231)的底面位于夾持端(22)靠近圓柱段(21)的一側，所述燕尾槽(23)的側面底面(233)位于夾持端(22)內；試驗時，上夾具用于夾持試驗件(1)一端的燕尾形夾持段(11)，而下夾具用于夾持試驗件(1)另一端的燕尾形夾持段(11)；所述中間墊塊(3)、燕尾形夾持段(11)、外檔塊(4)由內到外依次設置于燕尾槽(23)內，且所述中間墊塊(3)位于燕尾形夾持段(11)與燕尾槽(23)的側面底面(233)之間；所述環形擋圈(5)設置于夾持端(22)的外表面，通過緊固螺栓收緊環形擋圈(5)，進而將外檔塊(4)、燕尾形夾持段(11)、中間墊塊(3)依次固定在燕尾槽(23)內；

中間測試段(13)長度大于一個單胞長度，即三維編織工藝參數中的花節長度，通過式(1)～(2)得到，其中h為單胞長度，b₁為纖維被擠壓后截面的橢圓短軸，γ為內部編織角，W_x為織物寬度，m為編織紗線排數；中間測試段(13)外側張角大于試驗件表面編織角，內部編織角和表面編織角的關系如式(3)所示：

在試驗件拉伸過程中，燕尾槽對試驗件提供主要拉伸力，試驗件與中間墊塊為過盈配合，通過螺栓的緊固為試驗件拉伸提供摩擦力，試驗件夾持端接觸面積增大，降低試驗件在拉伸過程中發生“根切”現象；

燕尾形夾持段(11)端點倒圓角，保證燕尾形夾持段(11)和過渡段(12)之間通過圓弧過渡以降低應力集中，中間測試段(13)包括圓弧段和直線段，直線段較短，僅包含一個單胞長度，以降低纖維的拔出破壞量，圓弧段則防止破壞位置出現在中間測試段(13)和過渡段之間，中間測試段(13)外側張角大于復合材料表面編織角，保證了內部纖維為連續纖維；

包括以下步驟：

步驟1，分別將上夾具和下夾具的圓柱段(21)通過試驗機的楔形夾塊加緊在試驗機的上、下作動筒上；

步驟2，根據試驗件(1)厚度，在燕尾槽(23)的側面底面(233)添加相應厚度的中間墊塊(3)，保證試驗件(1)的兩端的燕尾形夾持段(11)均在夾持端(22)的中間位置；

步驟3，將試驗件(1)放入燕尾槽(23)中，之后放入相應厚度壓緊墊片和外檔塊(4)，此時外檔塊(4)高于燕尾槽(23)，以保證緊固螺栓能夠將外檔塊(4)與試驗件(1)扣緊；

步驟4，將環形擋圈(5)與夾持端(22)通過緊固螺栓鎖死；

步驟5，在安裝好上夾具、下夾具和試驗件(1)之后，將高溫爐安裝至試驗件(1)的中間測試段(13)，進行高溫爐升溫、保溫和試驗件的拉伸操作。

2.根據權利要求1所述三維編織復合材料高溫拉伸試驗方法，其特征在于：所述燕尾形夾持段(11)與外檔塊(4)之間設置有壓緊墊片，所述壓緊墊片表面經過打磨處理增加試驗件與夾具之間的摩擦力。

3.根據權利要求2所述三維編織復合材料高溫拉伸試驗方法，其特征在于：所述燕尾槽(23)的側面底面(233)到開口側面的深度小于夾持端(22)的厚度，所述燕尾槽(23)的側面底面(233)到開口側面的深度大于夾持端(22)一半的厚度。