专利名称：棒材力学性能检测用金具及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种棒材力学性能检测用金具及其使用方法。
背景技术：
纤维产业处于上升周期，市场前景广阔。环氧树脂/碳纤维复合材料是增强复合材料的重要分支，随着碳纤维材料性能认知程度的加深，使碳纤维材料应用不断深入和广泛。碳纤维复合材料由于自身特点，产品品质一致性较金属材料更不容易掌握。碳纤维符合材料应用于电力输送领域，除了需要考虑芯材及整个导线的机械、电气和物理性能以外， 还要考虑其施工工艺性能、环境寿命等指标，建立检测方法及标准是推广应用的前提。碳纤维研发是集成工程，包含原材料、制造工艺、生产、试验验证、相关技术配套等环节。国家电线电缆质量监督检验中心开展碳纤维增强树脂基复合棒材多根试件平行集束力学性能检测研究，检测研究中模拟实际使用条件开发专用金具，规范检测方法。验证了开发的专用金具满足实验要求；实验方法可操作性较强，获得数据可靠有效。目前应用材料领域同体积、同重量、耐高/低温性能、耐腐蚀等综合条件比较，碳纤维复合型材料占据绝对优势。碳纤维复合棒材由于受到拉伸载荷和压力载荷能力不匹配性，结构受压失稳临界值较低，在收到拉、压交变应力的时候表现出的材料异性。因此解决材料刚度问题以及探索新的设计理论将是重要的研究方向。其自身塑性变形能力可忽略不计的特点带来型材曲挠半径较大、抗剪切力差等特征，极大程度限制材料应用推广。由此在材料改性研究之外，开展碳纤维复合材料小截面集束法替代大截面单一材料研究是推广应用的有效途径。该思路相较材料改性研究具有投入小、见效快、生产及投用成本较经济等优势。新型材料性能测试是推广应用的保障条件。并对应用能起到开发指导作用。碳纤维材料应用于电力行业的碳纤维复合芯导线具有强度大、载流量大、耐性性能好、线膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀性能好等特点。碳纤维符合芯软铝导线具有弧垂随温度变化小、外径小质量、输送大电流的能力等特点，是典型的品质优良增容导线品种之一。 该导线核心技术是碳纤维复合芯棒，复合芯棒的脆断机理及处理措施，可靠性研究、运行检测是今后研究的主要方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒材力学性能检测用金具。本发明的另一目的在于提供采用上述金具的使用方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现一种棒材力学性能检测用金具，它包括基座、压块、芯棒和内锥纹螺母，所述的基座其上部设有连接件，下部周围均分多个卡槽，底面中心处设有内螺孔；所述芯棒的上端与内螺孔螺纹相连，且所述芯棒与基座的中心线重合，所述芯棒的外侧面均分为多个形状相同的凸面夹持区，每两个凸面夹持区之间设有凸台，所述的凸面夹持区的数量分别与卡槽和压块的数量相吻合；所述的压块通过其上部的卡头与卡槽卡接在一起，所述的卡头与卡槽的形状相吻合；压块的内侧为凹面且与芯棒外侧的凸面夹持区相对应，且所述的压块和与之相对应的凸面夹持区之间设有内层衬垫和外层衬垫；所述的压块的下部外侧面上设有外锥纹，多个压块相配合形成中空的下部具有外锥纹的倒锥台体，所述的倒锥台体与内锥纹螺母相螺合。上述的棒材力学性能检测用金具，其在于所述的倒锥台体的内径出口成微型喇叭状。上述的棒材力学性能检测用金具，其在于所述的倒锥台体内壁的倾斜角度为 89. 2° < α < 90°。上述的棒材力学性能检测用金具，其在于所述的就卡槽、压块、凸面夹持区的数量分别为4个。上述的棒材力学性能检测用金具，其在于所述的内层衬垫和外层衬垫分别为纸张。上述的纤维复合棒材力学性能检测用金具，其在于所述的卡槽和卡头形状为相对应的十字形、燕尾形、T形或工字形。上述的棒材力学性能检测用金具，其在于所述基座的连接件为扁平状且中心开有圆孔。上述的棒材力学性能检测用金具，其在于内锥纹螺母的外表面设有刻度。上述的棒材力学性能检测用金具的使用方法，其在于将多根试件穿过两个内锥纹螺母，然后将其两端分别置于芯棒外侧的凸面夹持区，试件与芯棒的凸面夹持区之间设有内层衬垫，然后在试件外侧设外层衬垫并安装压块，将内锥纹螺母螺合在多个压块相配合形成的中空倒锥台体下部并旋转拧紧。上述的棒材力学性能检测用金具的使用方法，其在于所述的外层衬垫保护和内层衬垫保护分别为纸张。本发明的有益效果本次试验在碳纤维应用推广检测方面具有领先性。试验用金具模拟试件实际投用条件进行设计，为投入应用中的金具设计具有指导。本发明设计的棒材力学性能检测用金具及其使用方法，用于检测棒材的力学性能，该金具和使用方法通过试验验证了获取的数据真实反映了纸件的力学性能。本发明研发的一种棒材力学性能检测用金具及其使用方法。用于检测棒材的力学性能，通过试验验证了该种金具可操作型强，制备简便。利用金具获取的试件力学性能数据可靠；对试件特别是碳纤维实际投用具有重要的指导意义。本发明研发的试验用握裹式金具基座和压块结构卡槽配合部分能够使试件有效夹持且不会轴线和径向位移；本发明研发的金具的压块内径的微型喇叭口设计保证试件可靠夹持同时避免产生应力集中，保障试验能够获取可采信的数据；本发明金具的芯棒由凸台结构形成的分区设计对试件在装配过程中有定位作用， 保证装配精度。本发明金具的衬垫层，能够有效保护试件，并改善试验固有的不利因素，保障获取的数据可靠；
本发明的试验方法除适用于碳纤维材料外，还适用于玻璃纤维复合材料等无弹性材料多试件力学性能试验，对材料力学性能试验具有指导意义。
图1为基座结构图。其中A-正视图；B-侧视图；C-仰视图；D-俯视图；E-纵向剖面图。图2为压块结构图。其中F-正视图；G-侧视图；H-4个压块拼合在一起的俯视图。图3为芯棒的结构图及其在A-A截面上的截面图。图4为内锥形螺纹螺母的正视图和俯视图。其中F-正视图；I-俯视图。图5为安装有芯棒的基座剖面结构图、安装压块的局剖安装图、安装好压块与内锥纹螺纹螺母的结构图和D-D面压块与芯棒结构的放大俯视图。其中J-安装有芯棒的基座剖面结构图；K-安装压块的局剖安装图；L-安装好压块和内锥纹螺纹螺母的结构图；D-D面压块与芯棒结构的放大俯视图。图6为压块内径微型喇叭口设计示意图。图7为装载试件的金具安装结构图、相对应的局剖图及其试件和所有配件安装完毕的金具结构图。其中M-装载试件的金具安装结构图；N-与金具安装结构图相对应的局剖图；0-试件与所有配件安装完毕的金具结构图。图8为图7中N图在B-B面上的放大俯视图。图9为图7中0图在C-C面上的放大俯视图。
具体实施例方式一种棒材力学性能检测用金具，它包括基座1、压块2、芯棒3和内锥纹螺母4，如图 1所示，所述的基座1其上部设有连接件13，下部周围均分多个卡槽8，底面中心处设有内螺孔9 ；如图3和图5所示，所述芯棒3的上端与内螺孔9螺纹相连，且所述芯棒3与基座 1的中心线重合，所述芯棒3的外侧面均分为多个形状相同的凸面夹持区11，每两个凸面夹持区11之间设有凸台12，所述的凸面夹持区11的数量分别与卡槽8和压块2的数量相吻合；如图2和图5所示，所述的压块2通过其上部的卡头10与卡槽8卡接在一起，所述的卡头10与卡槽8的形状相吻合；压块2的内侧为凹面且与芯棒3外侧的凸面夹持区11相对应，且所述的压块2和与之相对应的凸面夹持区11之间设有内层衬垫6和外层衬垫5(如图6所示)；所述的压块2的下部外侧面上设有外锥纹14 (如图2-F所示)，多个压块2相配合形成中空的下部具有外锥纹的倒锥台体，所述的倒锥台体与内锥纹螺母4相螺合(如图2-H和图5-L所示)。所述的倒锥台体的内径出口成微型喇叭状，其内壁的倾斜角度为 89.2° < α <90°。内锥纹螺母4的外表面设有刻度。所述的卡槽8和卡头10形状为相对应的十字形、燕尾形、T形或工字形。所述的卡槽8、压块4、凸面夹持区11的数量分别优选为4个。所述基座1的连接件13为扁平状且中心开有圆孔。所述的内层衬垫6和外层衬垫5分别为纸张。
基座1上部的连接件13是拉力试验机夹持部分，将所述的连接件13设计为扁平状且中心开有圆孔，可方便拉力试验机夹持且容易加工和节省材料。下部是芯棒3和压块2 安装基体。基座1装配工作面上均分的卡槽8和压块2上部与之形状相吻合的卡头10卡接在一起，起到导向和承受拉伸应力作用。芯棒3上端用螺纹结构装配在基座1上，其中心线与基座1重合。芯棒外径上均分为4个凸面夹持区，每区可夹持8根试件7，两区间有凸台 12对试件组进行径向定位，保证试件7在装夹过程中不会产生径向位移。压块2是整体车削成型后线切割成多块，切割出合适的间隙作为滑移空间。所述的压块2的下部外侧面设有外锥纹14 (如图2-F所示)，多个压块2相配合形成中空的下部具有外锥纹的倒锥台体， 所述的倒锥台体与内锥纹螺母4相螺合(如图2-H和图5-L所示)。所述的倒锥台体的内径出口成微型喇叭状，其内壁的倾斜角度为89. 2° ( α <90° (如图6所示)。该设计可避免试件夹持后产生应力集中。在实施试验过程中验证了该设计能达到预期作用。压块2 在基座1的卡槽8导向作用下对应芯棒凸面夹持区11，利用内锥纹螺母4旋转施加夹持握力，螺母外表面的刻度读数通过公式计算出压块轴向移动距离，结合试验积累的经验能够准确判断出试件是否有效被夹持。本实验试件7为Φ Imm碳纤维/树脂复合棒材，试件长350士 10mm，树脂层厚度 0. 2-0. 3mm (以下简称试件)。如图7、图8和图9所示，所述的卡槽8、压块4、凸面夹持区11的数量分别为4个， 采用32根试件3进行力学性能检测。采用棒材力学性能检测用金具的使用方法为，将32 根试件7穿过两个内锥纹螺母4，然后将其两端分别置于芯棒3外侧的凸面夹持区11，每区可夹持8根试件7，试件7与芯棒3的凸面夹持区11设有内层衬垫6，然后在试件7外侧设外层衬垫5并安装压块2，将内锥纹螺母4螺合在多个压块2相配合形成的中空倒锥台体下部并旋转拧紧。然后将装配好试件7的两组金具基座1的连接件13夹持在拉力试验机中进行后续的力学性能检测试验，所采用的拉力试验机为UTM5305-300kN微机控制电子万能试验机(生产厂家深圳三思纵横科技股份有限公司)。外层衬垫保护5和内层衬垫保护6 为纸张。试验实施中，试件7需要用衬垫进行保护，不能直接与金具的芯棒3和压块2接触，试验结果表明内层衬垫6和外层衬垫5用纸张效果最好。内层衬垫6和外层衬垫5在夹持握力作用下起到镶嵌试件作用，避免试件被刚性夹持截面产生急剧变化。试件达到拉伸应力极限被破断时，产生的抖动传递到被夹持部分，刚性固定会使抖动在钳口处形成剪力产生二次断裂，衬垫层的另一个重要作用是吸收试件抖动避免二次断裂，这个作用在实际使用具有重要意义。本发明设计的金具整体采用高强度模具钢机械加工成型，除螺母外其余部件硬度达到RHV56度以上，表面光洁度0. 8，配合部件公差0. 001mm。试验实施模拟实际使用条件使32根试件环形分布在直径12. 6mm的芯棒外侧。本发明设计的金具除适用于碳纤维材料外，还适用于玻璃纤维、凯夫拉纤维等复合无弹性材料多试件力学性能试验。
权利要求
1.一种棒材力学性能检测用金具，其特征在于它包括基座(1)、压块( 、芯棒C3)和内锥纹螺母G)，所述的基座(1)其上部设有连接件(13)，下部周围均分多个卡槽(8)，底面中心处设有内螺孔(9)；所述芯棒(3)的上端与内螺孔(9)螺纹相连，且所述芯棒C3)与基座 (1)的中心线重合，所述芯棒C3)的外侧面均分为多个形状相同的凸面夹持区(11)，每两个凸面夹持区(11)之间设有凸台(12)，所述的凸面夹持区(11)的数量分别与卡槽(8)和压块O)的数量相吻合；所述的压块( 通过其上部的卡头(10)与卡槽(8)卡接在一起，所述的卡头(10)与卡槽(8)的形状相吻合；压块(2)的内侧为凹面且与芯棒(3)外侧的凸面夹持区(11)相对应，且所述的压块( 和与之相对应的凸面夹持区(11)之间设有内层衬垫(6)和外层衬垫(5)；所述的压块( 的下部外侧面上设有外锥纹(14)，多个压块(2)相配合形成中空的下部具有外锥纹的倒锥台体，所述的倒锥台体与内锥纹螺母(4)相螺合。
2.根据权利要求1所述的棒材力学性能检测用金具，其特征在于所述的倒锥台体的内径出口成微型喇叭状。
3.根据权利要求2所述的棒材力学性能检测用金具，其特征在于所述的倒锥台体内壁的倾斜角度为89. 2°彡α <90°。
4.根据权利要求1所述的棒材力学性能检测用金具，其特征在于所述的就卡槽(8)、压块G)、凸面夹持区(11)的数量分别为4个。
5.根据权利要求1所述的棒材力学性能检测用金具，其特征在于所述的内层衬垫(6) 和外层衬垫( 分别为纸张。
6.根据权利要求1所述的纤维复合棒材力学性能检测用金具，其特征在于所述的卡槽 (8)和卡头(10)形状为相对应的十字形、燕尾形、T形或工字形。
7.根据权利要求1所述的棒材力学性能检测用金具，其特征在于所述基座(1)的连接件(13)为扁平状且中心开有圆孔。
8.根据权利要求1所述的棒材力学性能检测用金具，其特征在于内锥纹螺母的外表面设有刻度。
9.权利要求1所述的棒材力学性能检测用金具的使用方法，其特征在于将多根试件 (7)穿过两个内锥纹螺母G)，然后将其两端分别置于芯棒C3)外侧的凸面夹持区(11)，试件(7)与芯棒(3)的凸面夹持区(11)之间设有内层衬垫(6)，然后在试件(7)外侧设外层衬垫(5)并安装压块O)，将内锥纹螺母(4)螺合在多个压块(2)相配合形成的中空倒锥台体下部并旋转拧紧。
10.根据权利要求8所述的棒材力学性能检测用金具的使用方法，其特征在于所述的外层衬垫保护(5)和内层衬垫保护(6)分别为纸张。
全文摘要
本发明公开了一种棒材力学性能检测用金具及其使用方法，它包括基座、压块、芯棒和内锥纹螺母，所述的芯棒上端与基座螺纹相连，所述的压块通过其上部的卡头与基座上的卡槽卡接在一起，压块的内侧为凹面且与芯棒外侧的凸面夹持区相对应，且所述的压块和与之相对应的凸面夹持区之间设有内层衬垫和外层衬垫；多个压块相配合形成中空的倒锥台体，倒锥台体的下部设有外锥纹与内锥纹螺母螺合。本发明设计的棒材力学性能检测用金具及其使用方法，用于检测棒材的力学性能，通过试验验证了该种金具可操作型强，制备简便。利用金具获取的试件力学性能数据可靠。
文档编号G01N3/04GK102323145SQ20111022750
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者佟海祥, 李欣 申请人:江苏省产品质量监督检验研究院