本發(fā)明涉及復(fù)合材料力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置與測試方法。

背景技術(shù)：

1、纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、低密度、耐腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)金屬具有明顯優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域。目前，測試復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度的方法主要有：纖維拉拔法、微滴脫粘法、單根纖維碎斷法、纖維頂出法等。其中，由于纖維頂出法的測試過程相對簡便且成本較低，是應(yīng)用更為廣泛的一種測試方式。

2、纖維頂出試驗(yàn)需要將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沿垂直于纖維軸向的方向切成薄片，隨后用壓針對纖維施加軸向載荷，直到纖維與基體完全脫粘且被壓出基體之外，記錄這一過程中的最大載荷。纖維頂出試驗(yàn)的試件無需特殊制備，可以從實(shí)際復(fù)合材料中截取，可對真實(shí)樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行原位試驗(yàn)，因而能反映復(fù)合材料實(shí)際制備和加工工藝對材料界面性能的影響，也能用于測定材料使用過程中疲勞或環(huán)境因素(如溫度、濕度和化學(xué)物質(zhì))作用下的界面剪切強(qiáng)度，監(jiān)測界面性質(zhì)的變化。

3、目前一般實(shí)用納米壓痕儀對金屬基復(fù)合材料進(jìn)行頂出試驗(yàn)，但是，納米壓痕儀操作復(fù)雜，成本較高，纖維試件的裝夾固定較為麻煩，無法對直徑較大的纖維(光纖)進(jìn)行頂出試驗(yàn)。而且，壓針的頂出位置對測試結(jié)果有很大影響，如何微調(diào)壓針的頂出位置以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，是目前纖維頂出試驗(yàn)方式中需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，便于更換纖維試件，而且能夠微調(diào)壓針的頂出位置。

2、本發(fā)明還提出一種基于上述樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置的測試方法。

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面實(shí)施例的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，包括：

4、固定平臺；

5、位置微調(diào)機(jī)構(gòu)，其包括活動平臺、第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置，所述活動平臺與所述固定平臺滑動連接，所述第一驅(qū)動裝置驅(qū)動所述活動平臺沿x方向位移，所述第二驅(qū)動裝置驅(qū)動所述活動平臺沿y方向位移；所述活動平臺開設(shè)有頂出孔；

6、固定件，其與所述活動平臺可拆卸連接，所述固定件將待檢測的纖維試件固定于所述活動平臺并遮蓋所述頂出孔；

7、頂出機(jī)構(gòu)，其能夠沿z方向靠近所述固定平臺，所述頂出機(jī)構(gòu)的端部設(shè)置有壓針以對纖維試件施壓；

8、觀測設(shè)備，其包括朝向纖維試件的微距攝像頭，用于觀測所述壓針與纖維試件的相對位置。

9、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，至少具有如下有益效果：纖維試件通過可拆卸的固定件固定于活動平臺，更換纖維試件僅需要拆除固定件即可，更換較為方便，而且能夠?qū)Ω笾睆降睦w維進(jìn)行頂出試驗(yàn)；利用微距攝像頭觀測壓針與纖維試件的相對位置，然后通過第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置驅(qū)使活動平臺移動，進(jìn)而能夠精細(xì)地調(diào)整壓針對纖維試件的施壓位置。

10、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第一驅(qū)動裝置包括第一滑軌、第一滑塊和第一手調(diào)螺桿，所述第一滑軌沿x方向延伸且所述第一滑塊與所述第一滑軌滑動連接，所述第一手調(diào)螺桿與所述第一滑軌螺紋連接，所述第一手調(diào)螺桿的端部與所述第一滑塊相抵或轉(zhuǎn)動連接，旋擰所述第一手調(diào)螺桿能夠驅(qū)動所述第一滑塊移動。

11、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第一滑軌上安裝有第一限位件，所述第一限位件開設(shè)有沿x方向開設(shè)的第一限位槽，所述第一滑塊上安裝有能夠在所述第一限位槽內(nèi)滑動的第一限位柱。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第二驅(qū)動裝置包括第二滑軌、第二滑塊和第二手調(diào)螺桿，所述第二滑軌沿y方向延伸且所述第二滑塊與所述第二滑軌滑動連接，所述第二手調(diào)螺桿與所述第二滑軌螺紋連接，所述第二手調(diào)螺桿的端部與所述第二滑塊相抵或轉(zhuǎn)動連接，旋擰所述第二手調(diào)螺桿能夠驅(qū)動所述第二滑塊移動。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第二滑軌上安裝有第二限位件，所述第二限位件開設(shè)有沿y方向開設(shè)的第二限位槽，所述第二滑塊上安裝有能夠在所述第二限位槽內(nèi)滑動的第二限位柱。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第一滑軌與所述固定平臺固定連接，所述第二滑軌與所述第一滑塊連接，所述活動平臺與所述第二滑塊連接。

15、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述活動平臺開設(shè)有安裝孔，所述固定件插入所述安裝孔以完成固定。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述安裝孔內(nèi)開設(shè)有螺紋，所述固定件與所述安裝孔螺紋連接。

17、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述微距攝像頭的數(shù)量有兩個(gè)，通過雙目識別的方式計(jì)算所述壓針與纖維試件的距離。

18、根據(jù)本發(fā)明的第二方面實(shí)施例的測試方法，基于上述樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置進(jìn)行，包括以下步驟：

19、將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沿垂直于纖維軸向的方向切成薄片，獲得纖維試件，并對纖維試件的表面進(jìn)行打磨拋光；

20、將纖維試件安裝至活動平臺，并使用固定件將纖維試件進(jìn)行固定；

21、通過所述微距攝像頭觀察所述壓針與纖維試件的相對位置，確定纖維試件上需要施壓的受力點(diǎn)；

22、調(diào)節(jié)所述第一驅(qū)動裝置和所述第二驅(qū)動裝置，驅(qū)使所述活動平臺移動，使得所述壓針對準(zhǔn)纖維試件上的受力點(diǎn)；

23、啟動外部的動力設(shè)備，驅(qū)動所述頂出機(jī)構(gòu)向所述固定平臺靠近，直至所述壓針頂破纖維試件并進(jìn)入所述頂出孔；

24、記錄所述壓針的作用力變化情況，從而計(jì)算出纖維試件的界面剪切強(qiáng)度。

25、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述第一驅(qū)動裝置包括第一滑軌、第一滑塊和第一手調(diào)螺桿，所述第一滑軌沿x方向延伸且所述第一滑塊與所述第一滑軌滑動連接，所述第一手調(diào)螺桿與所述第一滑軌螺紋連接，所述第一手調(diào)螺桿的端部與所述第一滑塊相抵或轉(zhuǎn)動連接，旋擰所述第一手調(diào)螺桿能夠驅(qū)動所述第一滑塊移動。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述第一滑軌上安裝有第一限位件，所述第一限位件開設(shè)有沿x方向開設(shè)的第一限位槽，所述第一滑塊上安裝有能夠在所述第一限位槽內(nèi)滑動的第一限位柱。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述第二驅(qū)動裝置包括第二滑軌、第二滑塊和第二手調(diào)螺桿，所述第二滑軌沿y方向延伸且所述第二滑塊與所述第二滑軌滑動連接，所述第二手調(diào)螺桿與所述第二滑軌螺紋連接，所述第二手調(diào)螺桿的端部與所述第二滑塊相抵或轉(zhuǎn)動連接，旋擰所述第二手調(diào)螺桿能夠驅(qū)動所述第二滑塊移動。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述第二滑軌上安裝有第二限位件，所述第二限位件開設(shè)有沿y方向開設(shè)的第二限位槽，所述第二滑塊上安裝有能夠在所述第二限位槽內(nèi)滑動的第二限位柱。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述第一滑軌與所述固定平臺固定連接，所述第二滑軌與所述第一滑塊連接，所述活動平臺與所述第二滑塊連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述活動平臺開設(shè)有安裝孔，所述固定件插入所述安裝孔以完成固定。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述安裝孔內(nèi)開設(shè)有螺紋，所述固定件與所述安裝孔螺紋連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述微距攝像頭的數(shù)量有兩個(gè)，通過雙目識別的方式計(jì)算所述壓針與纖維試件的距離。

10.一種測試方法，基于權(quán)利要求1至9中任一所述樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置進(jìn)行，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種樹脂基復(fù)合材料纖維頂出試驗(yàn)裝置與測試方法，本試驗(yàn)裝置包括固定平臺、位置微調(diào)機(jī)構(gòu)、固定件、頂出機(jī)構(gòu)和觀測設(shè)備。其中，在動力設(shè)備的驅(qū)動下能夠使頂出機(jī)構(gòu)靠近固定平臺。位置微調(diào)機(jī)構(gòu)安裝至固定平臺，用于調(diào)節(jié)活動平臺的位置以調(diào)整頂出機(jī)構(gòu)對纖維試件的施力點(diǎn)。固定件可拆卸地安裝至活動平臺以將纖維試件固定于活動平臺。觀測設(shè)備用于放大觀測頂出機(jī)構(gòu)中壓針的位置。纖維試件通過可拆卸的固定件固定于活動平臺，便于更換纖維試件，而且能夠?qū)Ω笾睆降睦w維進(jìn)行頂出試驗(yàn)；利用微距攝像頭觀測壓針與纖維試件的相對位置，然后通過第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置驅(qū)使活動平臺移動，進(jìn)而能夠精細(xì)地調(diào)整壓針對纖維試件的施壓位置。

技術(shù)研發(fā)人員：胡海曉,李坤洋,曹子荷,李書欣,曹東風(fēng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6