专利名称：一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，可以应用于测 试高温、室温条件下连续纤维增强复合材料的层间、面内剪切强度。
技术背景材料的剪切性能是评定材料的最基本性能之一。现有的测试复合材料剪切强度的 实验方法很多，主要有短梁法；双切口法；V形缺口法。各实验方法都有各自的缺 点，但目前应用最为广泛的是美国的ASTMC1425-05 (高温)和ASTMC1292-00 (室温) 标准，也就是双切口 (DNS)实验法。文献"ASTM C1292-00和ASTM C1425-05标准"中分别介绍了一种测试复合材料 剪切性能的夹具。ASTMC1292-00夹具中，其结构特征是用縲纹将活动夹块和夹具连接起来，达 到加紧试样的目的，防止试样弯曲。此夹具的缺点是只适用于室温剪切试验，在高 温下缧纹连接将失效，不能起到支撑试样的作用。ASTM C1425-05夹具中，其结构特征是使用活塞结构，通过在试验夹具和试样 间增加一层适当中间层材料，依靠材料在高温下热膨胀量的不同来确保试样在试验过 程中不受弯曲效应的影响。但要求使用的中间相材料的热膨胀系数大于或等于试样在 厚度方向上的热膨胀系数。ASTM C1425-05中要求在试验温度下，试样和夹具壁的空 隙不能大于试样厚度的1%，通过热膨胀量的不同来调整空隙。此夹具的缺点是对于 测试不同的材料都要选择各自相配的中间层材料，因此试验夹具的应用范围受到了限 制；此外由于试样、中间层和夹具间的热膨胀系数失配，在高温下使试样受到压应力， 从而严重影响了试验结果的正确性；ASTM C1425-05试验夹具长时间应用会因磨损而降低了夹具的使用寿命。 发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于测试连续纤维增强复合材料 剪切性能的夹具，可以解决室温和高温使用不同的夹具、测试结果误差大、夹具使用 范围小、寿命短的问题。技术方案本发明的技术特征在于包括上压头1、下夹具6和锯齿状梯形块7;所述的上压头1为两边带有圆弧面的长方体、侧面为T字形的结构；长方体的两端设有上压头的下.弧面9和上压头的上弧面10;上压头l的内部设有T字形的上压头垫片槽8，内置与 上压头厚度相等的T字形的上压头垫片2;所述的下夹具6为两边带有圆弧面的长方体结构，其中一个侧面设有热电偶插入孔3;长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽13,内置一个与下夹具6厚度相等的下夹具垫片5;通孔的上端 为两边带有内圆弧面12的长方体通孔；与热电偶插孔3相对的另一侧设有紧靠锯齿状 梯形块的斜面ll;所述的锯齿状梯形块7的两侧面为锯齿状， 一面为紧靠试样的锯齿 直面16，另一面为紧靠下夹具的锯齿斜面17;上压头1的下弧面9与下夹具6的内圆 弧面12采用活动配合，锯齿状梯形块7插于下夹具6内的斜面11的位置，且锯齿斜 面17与下夹具6的斜面11相吻合。在锯齿状梯形块7与下夹具6内的斜面11上吸附一层石墨或BN粉体材料。 所述的热电偶孔3为两边带有圆弧面的长方体的通孔。 所述的锯齿状梯形块7的锯齿形状为顶面带有方形的梯形锯齿。 所述的锯齿状梯形块7的斜面角度15为12~20° ，锯齿间距为0.5 1.5mm，锯齿深度为0.5-1.0mm。 有益效果本发明的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，采用本发明的夹具测 试时，减小了弯曲效应对试验结果的影响，使得实验结果更加接近材料的真实剪切强 度；在测试不同复合材料时，不需选择适当的中间层材料，在室温和高温下使用同一 夹具，使夹具寿命大提高，节约了试验成本。
图1:是本发明的测试连续纤维增强复合材料夹具的结构图；图2:是本发明的上压头l的结构图；图3:是上压头垫片的结构图；图4:是下夹具的立体结构图；图5:是下夹具侧视结构6:是下夹具的垫片的结构图；图7:是锯齿状梯形块的结构图；图8:是锯齿状梯形块的锯齿状结构图；1-上压头，2-上压头垫片，3-热电偶插入孔，4-试样，5-下夹具垫片，6-下夹具， 7-锯齿状梯形块，8-上压头垫片槽，9-上压头的下弧面，10-上压头的上弧面，ll-紧靠锯齿状梯形块的斜面，12-内圆弧面，13-下夹具垫片槽，14-下夹具紧靠试样内 壁，15-锯齿状梯形块紧靠下夹具的斜角，16-紧靠试样的锯齿直面，17-紧靠下夹具的 锯齿斜面；具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述本实施例用于测试2D-(VSiC复合材料的高温层间剪切性能，说准备测试的试样 外形尺寸为30x15x3。本实施例的结构见图l:包括上压头l、下夹具6和锯齿状梯形块7。上压头1选用高温合金材料，上压头1的结构见图2，采用两边带有圆弧面的长 方体结构，并且带有T形槽。T形槽中置入上压头垫片2，采用耐磨的SiC陶瓷材料。 上压头垫片2见图3，上压头垫片2与上压头厚度相等，与T形槽吻合的T形块。下夹具6见图4、图5，采用两边带有圆弧面的长方体结构，选用高温合金材料。 长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽13，内置一个与下夹具6 厚度相等的下夹具垫片5见图6，选用耐磨的SiC陶瓷材料；通孔的上端为两边带有 内圆弧面12的长方体通孔；其中一个侧面设有热电偶插入孔3，另一个侧面为角度为 12°的斜面ll。锯齿状梯形块7的两侧面为锯齿状，见图7、图8。锯齿状梯形块7的一面为紧靠 试样的锯齿直面16，另一面为紧靠下夹具的锯齿斜面17;锯齿状梯形块用润滑性能好 的石墨材料，锯齿间距为lmm，锯齿深度为lmm。锯齿状梯形块，形状为梯形块并 且两边带有方形锯齿。上压头1的下弧面9与下夹具6的内圆弧面12采用活动配合，锯齿状梯形块7 插于下夹具6内的斜面11的位置，且锯齿斜面17与下夹具6的斜面11相吻合。测试时，首先将图6下夹具的垫片放到图4中13槽口中，试样依靠下夹具内壁 14放置，在图4下夹具斜面11上吸附一层石墨或BN粉体材料，然后将锯齿状梯形块 放到下夹具斜面11上，将图3上压头垫片放到图2中8槽口中，然后放到装好试样的 下夹具上，装到试验机上，在下夹具孔3中插入热电偶。装到试验机上，进行试验。高温时在热电偶孔4插入热电偶。依靠带有锯齿状梯形块的自重来加紧试样，防止弯曲；梯形块上的锯齿是为了减小摩擦力对实验结果的 影响；采用两边带有圆弧面的长方体系统，保证施加单一方向的载荷，而且能很好的 保证加热效率；在夹具侧面孔中插入热电偶可准确测得试验温度；在夹具和试样接触 处留有槽口，以便填入可更换的适当材料，保护受力的夹具易损表面，达到延长夹具 寿命的目的。
权利要求
1.一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征在于包括上压头(1)、下夹具(6)和锯齿状梯形块(7)；所述的上压头(1)为两边带有圆弧面的长方体、侧面为T字形的结构；长方体的两端设有上压头的下弧面(9)和上压头的上弧面(10)；上压头(1)的内部设有T字形的上压头垫片槽(8)，内置与上压头厚度相等的T字形的上压头垫片(2)；所述的下夹具(6)为两边带有圆弧面的长方体结构，其中一个侧面设有热电偶插入孔(3)；长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽(13)，内置一个与下夹具(6)厚度相等的下夹具垫片(5)；通孔的上端为两边带有内圆弧面(12)的长方体通孔；与热电偶插孔(3)相对的另一侧设有紧靠锯齿状梯形块的斜面(11)；所述的锯齿状梯形块(7)的两侧面为锯齿状，一面为紧靠试样的锯齿直面(16)，另一面为紧靠下夹具的锯齿斜面(17)；上压头(1)的下弧面(9)与下夹具(6)的内圆弧面(12)采用活动配合，锯齿状梯形块(7)插于下夹具(6)内的斜面(11)的位置，且锯齿斜面(17)与下夹具(6)的斜面(11)相吻合。
2. 根据权利要求1所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征 在于在锯齿状梯形块(7)与下夹具(6)内的斜面ll)上吸附一层石墨或BN粉 体材料。
3. 根据权利要求1或2所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其 特征在于所述的热电偶孔(3)为两边带有圆弧面的长方体的通孔。
4. 根据权利要求1或2所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其 特征在于所述的锯齿状梯形块(7)的锯齿形状为顶面带有方形的梯形锯齿。
5. 根据权利要求1或2所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其 特征在于所述的锯齿状梯形块(7)的斜面角度15为12 20° ，锯齿间距为 0.5~1.5mm，锯齿深度为0.5~1.0mm。
全文摘要
本发明涉及一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，技术特征在于上压头为T字形的结构，内部设有T字形的上压头垫片槽，内置上压头垫片；下夹具为两边带有圆弧面的长方体结构，其中一个侧面设有热电偶插入孔；长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽，内置一个与下夹具厚度相等的下夹具垫片；与热电偶插孔相对的另一侧设有紧靠锯齿状梯形块的斜面，锯齿状梯形块插于下夹具内的斜面的位置，且锯齿斜面与下夹具的斜面相吻合；压头的下弧面与下夹具的内圆弧面采用活动配合。采用本发明的夹具测试时，减小了弯曲效应对试验结果的影响，使得实验结果更加接近材料的真实剪切强度。
文档编号G01N3/24GK101603898SQ200910023320
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者严科飞, 乔生儒, 歌 张, 张程煜, 玫 李, 栋 韩 申请人:西北工业大学