专利名称：一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置的制作方法
技术领域：
一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置技术领域[0001]本实用新型属于机械检测设备领域，尤其涉及一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置。[0002]背景技术[0003]自上世纪90年代开始，碳纤维复合芯导线广泛应用于用复合材料代替传统导线的钢芯，以降低导线弧垂和提高运行温度，实现迅速扩容和提高管网安全性的目的。目前使用的增强型电缆芯是用连续碳纤维增强耐高温热固性树脂而得到的复合材料刚性棒状整体结构，其产品质量以及挂网安全性主要依赖于树脂体配方以及生产工艺中的相关参数， 根据其实际应用情况，对于该线芯剪切强度的要求远远高于其他参数，比如弯曲强度或者弯曲模量等。这样对于在断裂特性实验，抗老化蠕变实验以及挂网安全性实验等复杂受力状态时，从而对于单纯剪切力学性能的准确检测以及为改善制造环节和优化生产工艺等方面，提出了迫切需求和严峻考验。发明内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，旨在解决现有的剪切应力检测设备无法提供给测试试样以单纯的剪切受力状态、无法对于切应力得出准确掌握的问题。[0005]本实用新型的目的是这样实现的[0006]一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，所述装置包括承重主体、钳具以及着力支架，所述承重主体包括左侧竖直承重力臂、右侧竖直承重力臂、水平承重力臂以及左侧剪切刀具和右侧剪切刀具；所述水平承重力臂经由旋转固定栓与左侧竖直承重力臂连接，所述左侧剪切刀具通过第二固定螺钉安装在水平承重力臂的右端上方，并且其在水平承重力臂上的水平位置可调，右侧剪切刀具通过第三固定螺钉安装在右侧竖直承重力臂上，并能够调节在右侧竖直承重力臂上的竖直位置以及角度；所述钳具置于水平承重力臂右端与右侧竖直承重力臂之间，包括左侧钳具和右侧钳具，用于夹固待测电缆芯试样；所述着力支架置于水平承重力臂的上方，用于将所承受的外力全部施加于水平承重力臂之上。[0007]所述左侧竖直承重力臂通过第一固定螺钉能够实现高度的调节。[0008]在所述待测电缆芯试样弯曲时，所述钳具还包括左侧附加钳具和右侧附加钳具， 所述左侧附加钳具置于所述左侧钳具与水平承重力臂右端之间，所述右侧附加钳具置于所述右侧钳具与右侧竖直承重力臂之间，用于使钳具表面与待测电缆芯试样表面完全贴合， 并紧密夹于水平承重力臂右端与右侧竖直承重力臂之间。[0009]所述左侧剪切刀具探出水平承重力臂右端的末端应处于左侧钳具与待测电缆芯试样的接触面上，右侧剪切刀具探出右侧竖直承重力臂的末端应处于右侧钳具与待测电缆芯试样的接触面上。[0010]所述着力支架与水平承重力臂的接触面为线或者点，且着力支架为中轴线左右对称结构。[0011]所述右侧竖直承重力臂的高度固定，所述水平承重力臂能够进行水平方向上的位置微调。[0012]所述装置外还设置可活动拆卸的、两侧闭合式遮罩，该遮罩两侧在接近待测电缆芯试样处设置透明式观测窗。[0013]本实用新型的突出优点是本实用新型通过在测试样品上加载均匀分布的切应力，使样品的受力情况为单纯剪切状态，即剪切力均匀分布在线芯的中线上，并且所述装置亦适用于具有不同弯曲程度的待测试样。
[0014]图I是本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置的构造不意图；[0015]图2是本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置的外观示意图；[0016]图3是本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置应用于竖直电缆芯的示意图；[0017]图4是本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置应用于弯曲电缆芯的示意图；[0018]图5是本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置的着力支架的构造图；[0019]图中，I、左侧竖直承重力臂；2、水平承重力臂；3、右侧竖直承重力臂；4、左侧剪切刀具；5、右侧剪切刀具；6、第一固定螺钉；7、第二固定螺钉；8、第三固定螺钉；9、左侧钳具； 10、右侧钳具；11、待测电缆芯试样；12、旋转固定栓；13、左侧附加钳具；14、右侧附加钳具； 15、着力支架；16、遮罩；17、观测窗；18、底座。
具体实施方式
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0021]本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置所基于的压缩切应力方法符合断裂II型模型，通过在测试样品上加载均匀分布的切应力，使样品的受力情况为单纯剪切状态，即剪切力均匀分布在线芯的中线上，并且所述装置亦适用于具有不同弯曲程度的待测试样。[0022]图I示出了本实用新型提供的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置的构造。[0023]所述装置主要包括承重主体、钳具以及着力支架。其中，承重主体部分包括左侧竖直承重力臂I、右侧竖直承重力臂3、水平承重力臂2以及左侧剪切刀具4和右侧剪切刀具 5，水平承重力臂2经由旋转固定栓12与左侧竖直承重力臂I连接，左侧竖直承重力臂I可以通过第一固定螺钉6实现高度的调节，其具体高度视待测电缆芯试样11的长度而定，右侧竖直承重力臂3的高度则不可调，水平承重力臂2可进行水平方向上的位置微调。所述左侧剪切刀具4经由第二固定螺钉7安装在水平承重力臂2的右端上方，并且可以调节在水平承重力臂2上的水平位置，右侧剪切刀具5则通过第三固定螺钉8安装在右侧竖直承重力臂3上，并可以调节在右侧竖直承重力臂3上的竖直位置以及角度。在本实用新型中，所述钳具包括左侧钳具9和右侧钳具10，用于固定待测电缆芯试样11，并提供完全接触的剪切平面，而且使剪切力均匀分布于待测试样与钳具的接触区域，钳具和待测电缆芯试样11 被紧密夹于水平承重力臂2右端与右侧竖直承重力臂3之间。为获得单纯剪切状态，左侧剪切刀具4探出水平承重力臂2右端的末端应处于左侧钳具9与待测电缆芯试样11的接触面上，右侧剪切刀具5探出右侧竖直承重力臂3的末端应处于右侧钳具10与待测电缆芯试样11的接触面上，即左侧剪切刀具4和右侧剪切刀具5的探出长度应分别与左侧钳具9和右侧钳具10的厚度相一致。所述着力支架15置于水平承重力臂2的上方，在测试过程中， 一般由其他附加设备加载测试所需要的外力在着力支架15上，由着力支架15将所承受的外力全部施加于水平承重力臂2之上，以实现对待测电缆芯试样11作剪切应力试验，为了使待测试样在测试过程中的受力情况可知，所述着力支架15与水平承重力臂2的接触面最好为线或者点，且着力支架15的设计应该为中轴线左右对称，图5示出了本实用新型的一个实施例提供的着力支架15的结构，该支架为纯钢材质并且提供与外接设备连接的接口。[0024]为尽量保证整个测试设备免受外界因素影响，根据美国复合材料协会规定的剪切应力测试标准D4027-93以及欧盟测试设备要求IS014130(97)，所述装置外可设置可活动拆卸的、两侧闭合式钢制遮罩16，可以保护观测人免受试样断裂时的意外，同时，为方便观测人观察试样的受力状态，该遮罩两侧在接近待测电缆芯试样处可采用钢化玻璃设计为透明式观测窗17，此外，所述装置还可配置纯钢制底座18。所述装置的整体外观如图2所示。[0025]当待测电缆芯试样呈竖直时，所述装置的应用状态如图3所示；而当待测电缆芯试样呈弯曲时，所述装置的应用状态如图4所示，此时，可根据待测试样的的弯曲角度Θ， 预先设计制作左侧附加钳具13和右侧附加钳具14，分别与上述左侧钳具9和右侧钳具10 配合使用，实现钳具表面与待测电缆芯试样11表面完全贴合，并紧密夹于水平承重力臂2 右端与右侧竖直承重力臂3之间，同时，通过调节水平承重力臂2的角度以及左侧剪切刀具 4的位置，和右侧剪切刀具5的位置和角度，使得左侧剪切刀具4和右侧剪切刀具5的刀尖均处于待测电缆芯试样11与钳具的接触面上，且左侧剪切刀具4和右侧剪切刀具5均垂直于切应力平面，目的是为待测电缆芯试样11提供单纯剪切应力状态。[0026]本实用新型中，通过调节左侧竖直承重力臂I的高度和水平承重力臂2的角度，可以适应各种不同长度和弯曲度的待测试样。所述装置的承重主体最好采用纯钢材质，所述剪切刀具表面最好作抛光镀铬涂层处理。所述钳具可采用纯钢材质或硬度次于钢质的硬质材质，并最好也作抛光涂层处理。[0027]鉴于待测试样的受力情况可知，如图3所示，通过着力支架加载于水平承重力臂2的外加测试力F的力矩为M，即F Xlk = M，其中Ik为力矩原点到外加测试力的着力点的距离，并得到经由水平承重力臂2传导到待测试样上的力为Fefl,相应的力矩亦为M，即Feff X Os + d{) = M ,其中，IS为力矩原点到作用力的试样着力点的距离，4为上述左侧钳具9的厚度。经过简化，可得知Feff = Fx Ik/Os+dO,该作用力于待测试样所得剪切应力为 T; = Feff/{lx b)，其中I、b分别为待测电缆芯试样11呈竖直时的长度和直径。当待测电缆芯试样呈弯曲时,如图4所示,则上述I = (R1 + dOX 0 ,其中,Θ为弯曲角度，Ri为作用于左侧钳具的力臂长度，所述Θ可以根据在所述承重主体上附加的形变测量仪准确度量得到的形变几何参数计算所得。[0028]经过实验可知，所述装置可适用于直径范围为5_25mm的待测试样，待测试样的厚度对于最终检测结果并没有明显的影响，而该直径范围可以完全满足碳纤维增强型复合电缆芯的剪切应力测试要求。剪切测试结果会受待测试样的长度影响，在保证试样能够在单纯剪切应力状态断裂的前提下，可以选用长度为线芯直径的5倍、10倍以及20倍，并且对于最终结果作采样统计分析，从而可以得到待测试样的断裂剪切应力的估算值。[0029]相对于现有比较常用的剪切应力测试方法，比如，短杆弯曲试验法(Short Beam Bending)或者四点弯曲试验法(4-Point Bending)等,本实用新型可以为待测试样提供单纯的剪切应力状态，而其他方法下剪切应力状态受试样几何外形影响较大，其测试结果也受复杂因素影响较大。[0030]本实用新型通过调整承重力臂及剪切刀具的位置和角度，不仅可以实现给待测试样提供单纯剪切应力状态，还适用于各种可能具有的不同弯曲程度的待测试样。此外，通过本实用新型可以有效揭示出生产工艺中的各项参数对于最终产品性能的影响，例如，树脂体固化特性、树脂孔隙含量以及复合电缆芯的断裂特性等，各个参数均可以通过调节生产线上的不同工艺环节来实现优化，即为改善复合电缆芯生产工艺提供理论依据。同时，在不降低产品质量和性能的前提下，可以使拉挤速度和产量实现最大化，从而提高产品效益。另外，简单便捷的制备实现、较低的制备成本以及较少的实验样品的损耗率也是本实用新型相对于其他同类测试方法及设备的优势所在。[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。权利要求1.一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，所述装置包括承重主体、钳具以及着力支架，所述承重主体包括左侧竖直承重力臂、右侧竖直承重力臂、水平承重力臂以及左侧剪切刀具和右侧剪切刀具；所述水平承重力臂经由旋转固定栓与左侧竖直承重力臂连接，所述左侧剪切刀具通过第二固定螺钉安装在水平承重力臂的右端上方，并且其在水平承重力臂上的水平位置可调，右侧剪切刀具通过第三固定螺钉安装在右侧竖直承重力臂上，并能够调节在右侧竖直承重力臂上的竖直位置以及角度；所述钳具置于水平承重力臂右端与右侧竖直承重力臂之间，包括左侧钳具和右侧钳具，用于夹固待测电缆芯试样；所述着力支架置于水平承重力臂的上方，用于将所承受的外力全部施加于水平承重力臂之上。
2.如权利要求I所述的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，所述左侧竖直承重力臂通过第一固定螺钉能够实现高度的调节。
3.如权利要求I所述的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，在所述待测电缆芯试样弯曲时，所述钳具还包括左侧附加钳具和右侧附加钳具，所述左侧附加钳具置于所述左侧钳具与水平承重力臂右端之间，所述右侧附加钳具置于所述右侧钳具与右侧竖直承重力臂之间，用于使钳具表面与待测电缆芯试样表面完全贴合，并紧密夹于水平承重力臂右端与右侧竖直承重力臂之间。
4.如权利要求I或3所述的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，所述左侧剪切刀具探出水平承重力臂右端的末端应处于左侧钳具与待测电缆芯试样的接触面上，右侧剪切刀具探出右侧竖直承重力臂的末端应处于右侧钳具与待测电缆芯试样的接触面上。
5.如权利要求I所述的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，所述着力支架与水平承重力臂的接触面为线或者点，且着力支架为中轴线左右对称结构。
6.如权利要求I所述的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，所述右侧竖直承重力臂的高度固定，所述水平承重力臂能够进行水平方向上的位置微调。
7.如权利要求I所述的碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，其特征在于，所述装置外还设置可活动拆卸的、两侧闭合式遮罩，该遮罩两侧在接近待测电缆芯试样处设置透明式观测窗。
专利摘要本实用新型适用于机械检测设备领域，提供了一种碳纤维增强型复合电缆芯的剪切力学性能测试装置，包括承重主体、钳具以及着力支架，所述承重主体包括左侧竖直承重力臂、右侧竖直承重力臂、水平承重力臂以及左侧剪切刀具和右侧剪切刀具；水平承重力臂经由旋转固定栓与左侧竖直承重力臂连接，左侧剪切刀具通过第二固定螺钉安装在水平承重力臂的右端上方，其在水平承重力臂上的水平位置可调，右侧剪切刀具通过第三固定螺钉安装在右侧竖直承重力臂上，并能够调节在右侧竖直承重力臂上的竖直位置以及角度；所述钳具置于水平承重力臂右端与右侧竖直承重力臂之间，用于夹固待测电缆芯试样；所述着力支架置于水平承重力臂的上方。
文档编号G01N3/24GK202814811SQ20122042372
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者戚景赞, 林松, 李爱军, 白瑞成, 胡凯, 懿萌, 马红喆, 冯谦 申请人:戚景赞