[發(fā)明專利]測試纖維增強復(fù)合材料退化時力學(xué)性能的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811017698.2
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109115594B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李暉;周星辰;羅忠;任利聰;張培;譚龍飛;張文彬;邵震
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/18
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發(fā)明涉及檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及測試纖維增強復(fù)合材料退化時力學(xué)性能的裝置及方法，包括移動變檔激振器、無級變速器、夾具、固定機架、支座、底板、滾珠絲杠、傳動系統(tǒng)、多功能環(huán)境箱、通氣裝置、減振固定塞、絲杠傳動板，主電機、副電機、振針裝置、復(fù)合梁。本試驗儀可以對纖維增強復(fù)合材料梁進行拉伸、振動并引入環(huán)境因素，共有振動、溫度，濕度，空氣含氧度以及紫外線強度五種因素，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單一的載荷或者環(huán)境因素加載，還能將以上幾種因素任意復(fù)合。再由根據(jù)要求所調(diào)節(jié)的環(huán)境因素維持機構(gòu)可與拉伸，振動進行如上復(fù)合。此外，本試驗箱所提供的熱環(huán)境具有溫度梯度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及測試纖維增強復(fù)合材料退化時力學(xué)性能的裝置及方法，能夠測量退化時的纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)性能的一種裝置。

背景技術(shù)

纖維增強復(fù)合材料的比強度高、比模量高、熱穩(wěn)定性好，還有一定的阻尼減振能力，因此被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、兵器工業(yè)等重要領(lǐng)域。目前，工程實際中存在大量通過該類型材料制成的各種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，如直升機及噴氣飛機使用的復(fù)合材料機翼，航空發(fā)動機中由纖維/陶瓷基復(fù)合材料制成的高溫渦輪葉片等。由于復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于幾百攝氏度乃至上千攝氏度的熱環(huán)境下，在經(jīng)過一段服役期后，其力學(xué)性能會發(fā)生一定程度的退化。另外，還有很多復(fù)合材料結(jié)構(gòu)工作在在濕熱、振動、紫外線照射等復(fù)雜環(huán)境下，上述環(huán)境的持續(xù)作用也對導(dǎo)致其力學(xué)性能出現(xiàn)不同程度的退化。因此，研究其性能退化問題及科學(xué)評價方法，有著重要的工程及學(xué)術(shù)意義。

目前，人們已經(jīng)開始關(guān)注復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能退化問題，并設(shè)計了一些相關(guān)的試驗儀器或設(shè)備，但依舊存在一些問題。專利CN201610815513.7，專利201410794089.3，專利CN201320300717.8，專利CN201020149610.5分別是不同的實驗構(gòu)想，但皆是對金屬材料或者復(fù)合材料的力學(xué)性能測試，他們均只能對片材進行單一加載，并不能夠同時滿足濕熱，振動，拉伸等環(huán)境對片材的綜合作用需求。專利CN200910197140-1公開了一種金屬材料拉伸試驗機，包括底座和設(shè)置在底座上的拉伸裝置，所述拉伸裝置包括固定在底座上的絲桿和導(dǎo)柱，絲桿和導(dǎo)柱上設(shè)有上橫梁和下橫梁，上橫梁的下方設(shè)有上夾具，下橫梁的上方設(shè)有下夾具，且外部設(shè)有防護罩，但同樣未考慮到多種環(huán)境耦合作用對片材力學(xué)性能及其退化行為的影響；專利CN201610815513.7，專利201410794089.3，專利CN201020149610.5，分別提供了不同的加溫與拉伸的試驗方法，但是在結(jié)構(gòu)上不夠緊湊，功能單一，空間利用率低，且大都應(yīng)用于專門領(lǐng)域，通用性差。

另外，傳統(tǒng)的萬能材料試驗機雖然可以對材料實現(xiàn)拉伸，壓縮，扭轉(zhuǎn)等單獨的靜載荷加載，并以此數(shù)據(jù)來初步評判其力學(xué)退化問題。但并不能將此三種靜態(tài)載荷組合作用于被測材料上，也沒有考慮將振動等動態(tài)載荷與靜態(tài)載荷實現(xiàn)復(fù)合加載。近來，隨著纖維增強復(fù)合材料的廣泛引入萬能材料測試儀的局限性更為明顯，因為纖維增強復(fù)合材料其一般不用于扭轉(zhuǎn)，常常用于拉伸和壓縮，此外其在振動作用以及熱環(huán)境，化學(xué)腐蝕環(huán)境下對其退化的影響顯得尤為明顯，因為需要對拉伸，壓縮，環(huán)境因素以及振動均進行設(shè)計，而不單單只是對一種靜載荷加載與材料所制成的片材上面。故萬能材料測試儀已經(jīng)不能滿足于對纖維增強復(fù)合材料退化時的力學(xué)性能的測試。

那些細長復(fù)合材料殼體結(jié)構(gòu)，如風力機葉片等常服役于濕熱環(huán)境，濕熱對復(fù)合材料性能有較大影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動特性改變，因此研究濕熱對細長復(fù)合材料結(jié)構(gòu)振動特性影響機理有重要意義。境下旋轉(zhuǎn)復(fù)合材料層合梁在周期激勵下的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性；之后便引入濕熱，建立復(fù)合材料層合厚板的靜力、屈曲和振動方程，并發(fā)展了自由度高階剪切理論，在本構(gòu)中考慮濕熱，建立復(fù)合材料層合板幾何非線性振動控制方程，討論溫度、濕度、長厚比、纖維方向角等對層合板振動特性影響；Swamy等用有限元法，分析濕熱環(huán)境下復(fù)合材料層合殼的非線性自由振動；還有相關(guān)文獻研究了濕熱環(huán)境對旋轉(zhuǎn)復(fù)合材料疊層梁擺振特性的影響。由于復(fù)合材料薄壁梁的復(fù)雜性，現(xiàn)有的對薄壁梁在濕熱環(huán)境下的振動特性研究還很少。