[發明專利]一種測量復材管環向彈性模量和泊松比的試驗方法

有效

• 申請號: 202110366444.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113281166B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 滕錦光;謝攀;汪子豪;劉開誠
• 申請（專利權）人: 香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 謝松;徐凱凱

1.一種測量復材管環向彈性模量和泊松比的試驗方法，其特征在于，對弧形試件進行拉伸，所述方法包括步驟：所測試的弧形試件直接沿復材管環向截取，并粘貼應變片；弧形試件的兩端分別夾緊在楔形式自鎖夾具上；楔形式自鎖夾具通過單向鉸與拉伸試驗機相連，以實現拉伸過程中弧形試件繞單向鉸鋼軸的自由轉動；試驗共包括兩個階段；試驗的第一階段：在拉伸作用下，弧形試件的平面外彎曲逐漸被吸納，直至弧形試件被拉直；試驗的第二階段：從弧形試件被拉直到弧形試件被拉伸到規定應變或最終破壞后，即完成整個試驗；根據試驗的第二階段中線性范圍所測得的拉力數據、應變數據計算獲得復材管的環向彈性模量和/或泊松比；

所述粘貼應變片包括：應變片精準地定位并粘貼于弧形試件的內外兩面，在弧形試件的內表面中部兩側沿縱向分別粘貼第1應變片和第2應變片，在外表面中心位置沿縱向粘貼第3應變片；當需要測量泊松比時，除第1應變片、第2應變片以及第3應變片外，需在弧形試件的外表面靠近第3應變片的位置沿橫向粘貼第5應變片，在弧形試件內表面對應于第5應變片的位置沿橫向粘貼第4應變片，采用標距為5mm至20mm的應變片，同時應變片標距不小于弧形試件纖維分布結構最小重復尺寸的3倍；

計算弧形試件的環向彈性模量和泊松比時，按如下方法進行計算拉伸應力：

，

式中：

——表示拉伸應力；

——表示拉伸荷載；

——表示弧形試件寬度；

——表示弧形試件厚度；

對應試驗加載的第二階段，拉伸應力-拉伸應變曲線的基本表現為線性，其斜率即為復材管的環向彈性模量，選取拉伸應力-平均拉伸應變曲線中線性范圍內應變增長至少為0.2%兩點間的數據用于計算弧形試件的環向彈性模量，環向彈性模量為對應的拉伸應力增長與平均拉伸應變增長的比值，由下式計算：

，

式中：

——表示復材管的環向彈性模量；

——表示第二階段平均拉伸應變增量，至少為0.2%；

——表示與第二階段平均拉伸應變增量對應的拉伸應力增量；

泊松比的計算：

泊松比為對應的平均橫向應變增長與平均縱向應變增長的比值，由下式計算：

，

，

，

——表示復材管環向泊松比；

——表示弧形試件的平均橫向應變；

——表示弧形試件的平均縱向應變；

——表示弧形試件的平均拉伸應變；

，——分別表示第4應變片和第5應變片的讀數；

——表示與第二階段平均拉應變增量對應的平均橫向應變增量；

——表示與第二階段平均拉應變增量對應的平均縱向應變增量。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，弧形試件需取自于一根復材管至少2個高度處的環形試件，每個環上取不少于2個弧形試件且總的弧形試件數目不少于4個。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：弧形試件的寬度不大于35mm，且不小于20mm，弧形試件弧長的標距不小于100mm，且不大于200mm，弧形試件兩端錨固的長度不小于30mm。

4.根據權利要求1-3任意一項所述的方法，其特征在于，單向鉸為鋼加工構件，一端為實心圓柱，與拉伸試驗機固接；另一端為空心圓柱，楔形式自鎖夾具的端桿插入空心圓柱內，并通過一根插入式的鋼軸將楔形式自鎖夾具與單向鉸連接；單向鉸的空心圓柱在垂直于鋼軸的平面的兩側各有一個缺口，在這個平面內楔形式自鎖夾具可繞鋼軸自由轉動，從而在拉伸過程中弧形試件可被順利地拉直。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，第一階段和第二階段的總時間不小于30分鐘，試驗的加載方式為位移控制，試驗的第一階段和第二階段采用不同的加載速度：第一階段，首先根據最初始時刻兩個單向鉸鋼軸位置之間弧形試件的弧長和兩個單向鉸鋼軸直線距離的差值來確定該階段加載頭需移動的距離，然后在該階段加載時間不小于5分鐘的限制條件下，計算該階段的加載速度；試驗進入第二階段后，加載速度則減至0.1~0.2mm/分鐘。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，試驗的第一階段和第二階段中，所有的拉力數據和應變數據均利用數據采集儀連續記錄。