[發明專利]一種碳纖維增強復合材料的高溫壓縮實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 202310098517.8
• 申請日: 2023-02-10
• 公開（公告）號: CN116223245A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 許承海;王琨杰;戴新航;孟松鶴;易法軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/04
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

本發明涉及一種碳纖維增強復合材料的高溫壓縮實驗裝置，涉及實驗力學高溫測試技術領域，包括夾具主體、楔形支撐塊、加載部、加載墊片和絕緣螺釘，夾具主體為等邊梯臺狀框架，夾具主體短邊開放，兩個夾具主體上下分置且開放端相對，夾具主體長邊與加載部通過螺紋連接；楔形支撐塊為直角三棱柱體，兩塊楔形支撐塊的一側直角面嵌入夾具主體，另一側直角面夾持長條片狀的實驗樣品，加載墊片嵌入夾具主體內，實驗樣品一端與加載墊片抵接；若干個絕緣螺釘間隔螺紋連接在夾具主體的斜面處，絕緣螺釘端頭貫穿夾具主體與楔形支撐塊斜面抵接，本發明具有采用可調節楔形支撐塊和可更換加載墊片的方式，提高實驗裝置的適用性，降低實驗成本的優點。

技術領域

本發明涉及實驗力學高溫測試技術領域，尤其涉及一種碳纖維基復合材料的高溫壓縮實驗裝置及實驗方法。

背景技術

碳纖維增強樹脂基防熱復合材料因其低密度、低熱導率和良好的抗燒蝕性能成為制造固體火箭發動機絕熱層和噴管的重要材料。由于在發動機主裝藥點燃后，防熱材料暴露在非平衡熱化學流中，短時間內以非常高的升溫速率達到3000℃以上的最高溫度，同時伴隨著材料的熱解反應。此時，傳統輻射加熱和電磁感應加熱方式先緩慢升高至目標溫度，再保溫至試樣溫度場均勻，最后進行加載的高溫壓縮測試方式已經不足以模擬和表征快速升溫狀態某一熱解反應程度下碳纖維增強樹脂基防熱復合材料的壓縮性能。

而典型的復合材料高溫壓縮實驗目前大多直接將方形試樣和啞鈴狀試樣放置在試驗機壓頭中心進行加載。但是，壓縮實驗的關鍵要求是樣品不能發生失穩，因此限制了實驗樣品的長度。而通電加熱過程中，實驗樣品兩端受金屬電極水冷和熱電效應影響，會在縱向產生較大的溫度梯度，樣品兩端溫度明顯低于中心區域。對于短尺寸試樣和快速升溫過程，這種影響會進一步加劇并造成標距段溫度場不均勻，影響實驗結果的準確性。此外，相對于方形試樣，啞鈴狀試樣通過增加兩端的截面積以樣品在標距段內破壞，較大的底面摩擦易導致試樣縱向開裂。

因此，選用更長尺寸試樣并通過夾持夾具在兩端施加約束防止屈曲為快速通電加熱條件下材料的壓縮性能測試提供了新思路。發明專利(CN105300799B)公開了一種準靜態單軸壓縮實驗方法及裝置，該裝置通過抗彎板在試樣背面施加側向支撐抑制試件屈曲，然而抗彎板與樣品表面的接觸摩擦會導致該方法材料壓縮強度測量值高于真實值。發明專利(CN110308036B)公開了一種用于復合材料層合板高溫壓縮力學性能測試的夾具，該夾具利用壓塊和螺栓預緊為試樣提供支撐。由于通電加熱的特殊性，上述兩個技術方案的夾持裝置均存在樣品底部與夾具接觸不良影響導電性能、金屬抗彎板與導向軸將樣品短接影響升溫速率及實驗安全等不足的問題。

因此，針對以上不足，需要提供一種碳纖維增強復合材料的高溫壓縮實驗裝置及實驗方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是解決現有測試方法升溫速率慢、溫度場不均勻等問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種碳纖維增強復合材料的高溫壓縮實驗裝置，包括夾具主體、楔形支撐塊、加載部、加載墊片和絕緣螺釘，夾具主體為等邊梯臺狀框架，夾具主體短邊開放，兩個夾具主體上下分置且開放端相對，夾具主體長邊與加載部通過螺紋連接以使加載部對夾具主體施加壓力；楔形支撐塊為直角三棱柱體，兩塊楔形支撐塊的一側直角面嵌入夾具主體，另一側直角面夾持長條片狀的實驗樣品，實驗樣品通電加熱，加載墊片嵌入夾具主體內，實驗樣品一端與加載墊片抵接；若干個絕緣螺釘間隔螺紋連接在夾具主體的斜面處，絕緣螺釘端頭貫穿夾具主體與楔形支撐塊斜面抵接。

作為對本發明的進一步說明，優選地，夾具主體位于下底內側開設有約束槽，約束槽寬度與楔形支撐塊厚度相同，楔形支撐塊插入約束槽內。

作為對本發明的進一步說明，優選地，位于約束槽中部的夾具主體開設有墊片槽，加載墊片嵌入墊片槽內，加載墊片頂端面與約束槽底端面齊平。