專利名稱：環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置及夾持方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)力加載測(cè)試裝置，尤其涉及一種用于環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料的使用過(guò)程中始終會(huì)處在不同的應(yīng)力環(huán)境下，因此研究在一定應(yīng)力環(huán)境下復(fù)合材料的吸濕行為及其吸濕過(guò)程中的殘余應(yīng)力變化，將對(duì)該材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供重要的理論參考依據(jù)。由于纖維和環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)不同，另外，在樹脂固化過(guò)程中，樹脂要發(fā)生收縮，但纖維限制樹脂的收縮，這樣在復(fù)合材料內(nèi)存在界面殘余應(yīng)力或界面內(nèi)應(yīng)力。作用在基體上的內(nèi)應(yīng)力與作用在纖維上的內(nèi)應(yīng)力是一對(duì)作用力與反作用力。采用微拉曼光譜法表征碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的濕熱應(yīng)力。Raman光譜法測(cè)量復(fù)合材料濕熱殘余應(yīng)力不用破壞試樣，實(shí)驗(yàn)本身不會(huì)遭到濕熱的干擾，而且測(cè)量精度高。YoungLucas M, Young RJ等人通過(guò)碳的特征峰頻移研究了單壁碳納米管復(fù)合材料的熱效應(yīng)和變形行為，結(jié)果表明加熱時(shí)碳特征峰左移，而試樣變形時(shí)，受拉應(yīng)力的峰值左移，受壓應(yīng)力的峰值右移。測(cè)定了同一位置點(diǎn)不同情況下的Raman光譜特征峰的偏移，由于碳纖維Raman光譜特征峰的偏移是和應(yīng)力、應(yīng)變變化呈線性關(guān)系的，進(jìn)而得到纖維不同吸濕時(shí)間的濕熱殘余應(yīng)力大小。利用碳纖維單絲應(yīng)變與Raman頻移的關(guān)系確定復(fù)合材料中吸濕導(dǎo)致的碳纖維頻移量；然后利用微力學(xué)測(cè)試儀測(cè)得的碳纖維單絲應(yīng)力、應(yīng)變曲線與頻移量的關(guān)系來(lái)確定不同的應(yīng)力情況所導(dǎo)致的應(yīng)力。目前，在復(fù)合材料受力情況下的吸濕行為及其Raman應(yīng)力測(cè)試，使用的是四點(diǎn)彎曲的裝置，需要應(yīng)變片及附屬裝備來(lái)測(cè)得材料的變形量，但是整個(gè)裝置體積大不便于移動(dòng)、 攜帶，并且價(jià)格非常的昂貴。另外，用于測(cè)量復(fù)合材料吸濕動(dòng)力學(xué)曲線用的應(yīng)力加載裝置， 過(guò)于的笨重，且受到它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和大小的限制不能用于Raman光譜的測(cè)量。為了深入研究外應(yīng)力對(duì)復(fù)合材料在不同應(yīng)力環(huán)境下的吸濕規(guī)律及吸濕過(guò)程中殘余應(yīng)力的影響，需要測(cè)量連續(xù)吸濕情況下復(fù)合材料同一位置上的Raman光譜，和復(fù)合材料在不同應(yīng)力環(huán)境下定點(diǎn)測(cè)量Raman光譜并計(jì)算其殘余應(yīng)力的變化值，因此，需要開發(fā)一種結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、輕巧，且能適用于Raman光譜的載物臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有情況下復(fù)合材料的服役情況，提供一種用于環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，本發(fā)明依據(jù)胡克定律，適用彈簧加載體系，載荷通過(guò)彈簧對(duì)試樣施加一定的應(yīng)力，可以測(cè)定環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料在應(yīng)力環(huán)境下的吸濕動(dòng)力學(xué)曲線及其應(yīng)用顯微激光拉曼儀對(duì)其殘余應(yīng)力的測(cè)量。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明用于環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是該拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置包括支座，所述支座呈凹字型，具有兩個(gè)側(cè)立板，其中一個(gè)側(cè)立板的內(nèi)側(cè)設(shè)有拉環(huán)，另一個(gè)側(cè)立板上設(shè)有一螺栓過(guò)孔，在兩個(gè)側(cè)立板之間設(shè)有拉簧和固定被測(cè)試樣的第一固定夾具和第二固定夾具，所述第一固定夾具和所述第二固定夾具均包括分別位于每個(gè)夾具一端的夾持部，所述第一固定夾具上的另一端設(shè)有拉簧孔，所述第二固定夾具的另一端為螺紋桿，所述螺紋桿在該螺紋桿部位設(shè)有施力調(diào)整螺母。進(jìn)一步講，本發(fā)明環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，其中，所述拉環(huán)的中心與所述螺栓過(guò)孔的中心布置在同一軸線上。所述夾持部包括設(shè)有夾口的U型夾頭，所述夾口內(nèi)設(shè)有兩個(gè)墊片，所述U型夾頭和兩個(gè)墊片上設(shè)有一組對(duì)正的通孔，所述兩個(gè)墊上設(shè)有兩組對(duì)正的通孔，每組對(duì)正的通孔中均分別設(shè)有一個(gè)螺栓。所述支座上，在位于與拉簧長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)有與拉簧軸向方向一致的刻度。本發(fā)明一種環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試的夾持方法，利用上述拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置夾持試樣的步驟是先將拉簧的一端掛在支座側(cè)立板上的拉環(huán)中，將拉簧的另一端掛在第一固定夾具的拉簧孔中；將第二固定夾具的螺紋段穿過(guò)在支座另一側(cè)立板上的螺栓過(guò)孔；在試樣的兩端按照U型夾頭及墊板上孔的位置加工出安裝孔，將試樣置于U型夾頭內(nèi)的兩個(gè)墊板之間，然后用螺栓將U型夾頭、墊板和試樣夾??；通過(guò)第二固定夾具上的施力調(diào)節(jié)螺母，將試樣置于整個(gè)裝置的中軸線上，且使試樣在中軸線方向上的拉力基本為零。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置是基于胡克定律，適用彈簧加載體系，載荷通過(guò)拉簧對(duì)試樣施加一定的應(yīng)力。根據(jù)彈簧剛度通過(guò)控制彈簧變形量和剛度來(lái)計(jì)算加載應(yīng)力的大小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力機(jī)理清晰，易于加工，價(jià)格便宜，夾持的試樣不用裝卸可直接用于吸濕實(shí)驗(yàn)和顯微激光拉曼光譜實(shí)驗(yàn)，不但易于操作，而且大幅度降低了實(shí)驗(yàn)成本。


圖1是本發(fā)明用于環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置夾持試樣的示意圖；圖2是圖1中所示墊板的端向示意圖；圖3是圖1中所示A-A剖切位置的剖面圖。圖中1-支座2-拉簧3-第一固定夾具4-螺栓5-墊板6-試樣7-緊固螺栓 8-第二固定夾具
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。本發(fā)明環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，主要由一端帶有一個(gè)拉環(huán)， 另一端帶有一個(gè)孔的支座1、拉簧2，兩個(gè)夾具(是兩個(gè)特制的螺栓)、四個(gè)墊板5組成。具體講，如圖1所示，包括支座1，所述支座1呈凹字型，具有兩個(gè)側(cè)立板，其中一個(gè)側(cè)立板的內(nèi)側(cè)設(shè)有拉環(huán)，另一個(gè)側(cè)立板上設(shè)有一螺栓過(guò)孔，在兩個(gè)側(cè)立板之間設(shè)有拉簧2和固定被測(cè)試樣6的第一固定夾具3和第二固定夾具8，所述第一固定夾具3和所述第二固定夾具 8均包括分別位于每個(gè)夾具一端的夾持部，所述夾持部包括設(shè)有夾口的U型夾頭，所述夾口內(nèi)設(shè)有兩個(gè)墊片5，所述U型夾頭和兩個(gè)墊片5上(在垂直于U型夾口面方向上)設(shè)有一組對(duì)正的通孔，所述兩個(gè)墊片5上設(shè)有兩組對(duì)正的通孔，S卩，所述墊片上共設(shè)有三個(gè)孔，如圖2所示，其中一個(gè)孔同時(shí)與對(duì)面設(shè)置的墊板和所述U型夾頭上的孔對(duì)正，另外兩個(gè)孔與對(duì)面設(shè)置的墊板上的兩個(gè)孔分別對(duì)正，每組對(duì)正的通孔中均分別設(shè)有一個(gè)螺栓，所述第一固定夾具3上的另一端設(shè)有拉簧孔，所述拉環(huán)的中心與所述螺栓過(guò)孔的中心布置在同一軸線上；所述第二固定夾具8的另一端為螺紋桿，所述螺紋桿在該螺紋桿部位設(shè)有施力調(diào)整螺母。所述支座1上，在位于與拉簧長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)有與拉簧軸向方向一致的刻度。本發(fā)明中的第一固定夾具3和第二固定夾具8可以用六角螺栓改制，如圖3所示， 一方面可以方便取材，另一方面，方便其上通孔的加工。利用上述環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置夾持試樣的過(guò)程是先將拉簧2的一端掛在支座側(cè)立板上的拉環(huán)中，將拉簧2的另一端掛在第一固定夾具3的拉簧孔中；將第二固定夾具8的螺紋段穿過(guò)在支座另一側(cè)立板上的螺栓過(guò)孔；在試樣的兩端按照U型夾頭及墊板5上孔的位置加工出安裝孔，將試樣置于U型夾頭內(nèi)的兩個(gè)墊板之間，然后用螺栓將U型夾頭、墊板和試樣夾住，即試樣6的兩端是由上、下兩塊墊板 5通過(guò)兩個(gè)緊固螺栓7夾緊，由于采用墊板5，從而加大了夾具與試樣的接觸面，使試樣受力較為均勻；通過(guò)第二固定夾具8上的施力調(diào)節(jié)螺母，將試樣置于整個(gè)裝置的中軸線上，且使試樣在中軸線方向上的拉力基本為零。整個(gè)裝置通過(guò)擰動(dòng)該螺母實(shí)現(xiàn)加載，測(cè)試之前，定下一個(gè)基準(zhǔn)用來(lái)記錄之后拉簧處于拉伸狀態(tài)時(shí)的變形量，可以將第一固定夾具3與拉簧2的連接點(diǎn)位置作為基準(zhǔn)，并記下該點(diǎn)對(duì)應(yīng)與支座上的刻度，根據(jù)拉簧的剛度和需要加載的應(yīng)力計(jì)算出拉簧所需要的變形量，或者記下受力時(shí)基準(zhǔn)位置所對(duì)應(yīng)的刻度和拉簧剛度計(jì)算試樣的受力。調(diào)節(jié)第二固定夾具8上的施力調(diào)節(jié)螺母使基準(zhǔn)位置達(dá)到所需要的刻度。這就可以對(duì)試樣施加了所需要的拉應(yīng)力。在拉應(yīng)力狀態(tài)下，做一些針對(duì)試樣的測(cè)試試樣，例如Raman測(cè)試，紅外光譜的測(cè)試等本裝置可以達(dá)到的實(shí)驗(yàn)要求的測(cè)試。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，包括支座(1)，其特征在于，所述支座(1)呈凹字型，具有兩個(gè)側(cè)立板，其中一個(gè)側(cè)立板的內(nèi)側(cè)設(shè)有拉環(huán)，另一個(gè)側(cè)立板上設(shè)有一螺栓過(guò)孔，在兩個(gè)側(cè)立板之間設(shè)有拉簧⑵和固定被測(cè)試樣(6)的第一固定夾具(3) 和第二固定夾具(8)，所述第一固定夾具C3)和所述第二固定夾具(8)均包括分別位于每個(gè)夾具一端的夾持部，所述第一固定夾具C3)上的另一端設(shè)有拉簧孔，所述第二固定夾具(8) 的另一端為螺紋桿，所述螺紋桿在該螺紋桿部位設(shè)有施力調(diào)整螺母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，其特征在于， 所述拉環(huán)的中心與所述螺栓過(guò)孔的中心布置在同一軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，其特征在于， 所述夾持部包括設(shè)有夾口的U型夾頭，所述夾口內(nèi)設(shè)有兩個(gè)墊片( ，所述U型夾頭和兩個(gè)墊片(5)上設(shè)有一組對(duì)正的通孔，所述兩個(gè)墊片(5)上設(shè)有兩組對(duì)正的通孔，每組對(duì)正的通孔中均分別設(shè)有一個(gè)螺栓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，其特征在于， 所述支座上，在位于與拉簧長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)有與拉簧軸向方向一致的刻度。
5.一種環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試的夾持方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1所述環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置夾持試樣的步驟如下先將拉簧O)的一端掛在支座側(cè)立板上的拉環(huán)中，將拉簧O)的另一端掛在第一固定夾具C3)的拉簧孔中；將第二固定夾具(8)的螺紋段穿過(guò)在支座另一側(cè)立板上的螺栓過(guò)孔； 在試樣的兩端按照U型夾頭及墊板( 上孔的位置加工出安裝孔，將試樣置于U型夾頭內(nèi)的兩個(gè)墊板之間，然后用螺栓將U型夾頭、墊板和試樣夾住；通過(guò)第二固定夾具(8)上的施力調(diào)節(jié)螺母，將試樣置于整個(gè)裝置的中軸線上，且使試樣在中軸線方向上的拉力基本為零。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料拉應(yīng)力加載測(cè)試裝置，包括支座，所述支座呈凹字型，并有兩側(cè)立板，其中一側(cè)立板內(nèi)側(cè)有拉環(huán)，另一側(cè)立板上有一螺栓過(guò)孔，在兩個(gè)側(cè)立板之間設(shè)有拉簧和固定被測(cè)試樣的第一和第二固定夾具，所述第一和所述第二固定夾具均包括分別位于每個(gè)夾具一端的夾持部，所述第一固定夾具上另一端設(shè)有拉簧孔，所述第二固定夾具另一端為螺紋桿，所述螺紋桿上設(shè)有施力調(diào)整螺母。本發(fā)明裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可直接用于材料的吸濕實(shí)驗(yàn)，不用拆裝試樣，直接用于試樣的近紅外光譜、拉曼光譜采集。加載應(yīng)力方便，由高性能彈簧加載，應(yīng)力由彈簧的允許應(yīng)力范圍確定。結(jié)構(gòu)包括了復(fù)合材料所需一定的拉應(yīng)力范圍，具有實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102519934SQ20111040617
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者何芳, 李偉, 王玉林, 黃遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)