纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置及试验方法与流程

本发明属于复合材料性能测试领域，具体涉及纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置及试验方法。

背景技术：

目前，对纤维增强复合材料层间剪切强度性能检测按国家标准gb1450.1《玻璃纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》执行。该标准明确了试样的尺寸、外观等要求。

在实际操作中，不论是什么形状的产品，一般都按照国标的要求制作成块状的标准试验进行材料的层间剪切强度性能检测。然而标准试样制备过程与产品的生产过程不能完全一致，试验结果不能完全反映产品的实际性能。

对于管状材料，是不能直接在产品上取样进行试验的，而是在产品上取样之后，对样品进行加工，切割部分管壁，然后制作成标准试样，制作步骤繁琐，而且需要较厚的管壁才能制作。这样就使得对于管壁薄的产品，完全无法制作标准试样，无法测试。

而且，该国标适用于块状试样的检测，对于管状产品就不能完全反应其真实数据，因为块状的层间结构和环状的层间结构不同。

因此，由于产品尺寸及形状的限制，按照现有的国标要求进行试验已经不能反应管材层间剪切强度性能测试的真实情况。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种能够直接、真实反映产品性能，减少标准样的制备步骤的纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置及试验方法。

本发明解决问题的技术方案是：一种纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置，包括管状试样及夹具，所述管状试样包括管状本体，环绕管状本体、在管状本体外壁上端和下端分别挖除径向截面为矩形的圆环，使管状本体的外壁中段形成环绕的凸起；

所述夹具包括压板和底座，底座设有阶梯内孔，所述管状本体搁置于底座的阶梯内孔中，所述凸起的下端面与阶梯内孔的台肩抵接；

所述压板设置于管状本体上端面，力学性能试验机的压头与压板抵接施加载荷。

上述方案中，试验试样直接保留了管材产品的原貌，能够真实的反应该产品的层间剪切性能，试验数据更加可靠。

进一步的，所述管状本体与阶梯内孔间隙配合。

具体的，所述阶梯内孔为两级阶梯内孔，包括第一级孔以及孔径小于第一级孔的第二级孔；

所述凸起的外径大于第二级孔的孔径，管状本体的下端插入第二级孔内，凸起的下端面与第一级孔和第二级孔交界处的台肩抵接。

所述压板包括水平板、与水平板下表面垂直连接的竖直板，所述水平板的直径大于管状本体的管内径，竖直板直径小于管状本体的管内径；

所述竖直板插入管状本体的中空腔，水平板与管状本体的上端面抵接。

相应的，本发明还提供一种应用上述纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置的试验方法，包括如下步骤：

(a)在纤维增强复合材料管材上，垂直于管材轴线截取试样得到管状本体；

(b)环绕管状本体、在管状本体外壁上端和下端以去除材料的方式分别挖除径向截面为矩形的圆环，使管状本体的外壁中段形成环绕的凸起，从而得到管状试样；

(c)将管状试样放入底座的阶梯内孔，使凸起的下端面与阶梯内孔的台肩抵接，然后将压板压在管状本体上端面；

(d)启动力学性能试验机，使力学性能试验机对压板匀速施加静态压缩载荷，直到管状试样出现破坏；

(f)确定管状试样的破坏压力f，进而计算产品的层间剪切强度бt，计算公式为：

式(001)中：бt—层间剪切强度，单位为兆帕(mpa)；

f—试样破坏载荷，单位为牛顿(n)；

a—为剪切面厚度，单位为毫米(mm)；

d—为层间剪切面直径，单位为毫米(mm)；

(g)重复上述步骤(a)～(f)至少五次，做不少于五个管状试样的试验，取均值。

所述阶梯内孔为两级阶梯内孔，包括第一级孔以及孔径小于第一级孔的第二级孔；

所述凸起的外径大于第二级孔的孔径，管状本体的下端插入第二级孔内，凸起的下端面与第一级孔和第二级孔交界处的台肩抵接；

管状试样与阶梯内孔之间为间隙配合。

上述试验方案制作管状试样的步骤简单，省去了在管材壁上切割块状局部材料的步骤，简单方便。

本发明的显著效果是：

1、本发明的管状试样可根据实际产品尺寸进行调整，直接在纤维增强复合材料管材上取样，适用性广，管状试样制备步骤简单，节省了成本。

2、试验结果真实反映产品层间剪切性能，数据更加可靠。

3、层间剪切试样、夹具及检测方法简单、方便。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明管状试样示意图。

图2为压板示意图。

图3为底座示意图。

图4为本发明装置的装配图。

图中：1-管状试样，2-凸起，3-压板，4-底座，11-管状本体，5-阶梯内孔,31-水平板，32-竖直板，51-台肩,52-第一级孔，53-第二级孔。

具体实施方式

如图1～4所示，一种纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置，包括管状试样1及夹具。

所述管状试样1包括管状本体11，环绕管状本体11、在管状本体11外壁上端和下端分别挖除径向截面为矩形的圆环，使管状本体11的外壁中段形成环绕的凸起2。

所述夹具包括压板3和底座4，底座设有阶梯内孔5。所述阶梯内孔5为两级阶梯内孔，包括第一级孔52以及孔径小于第一级孔52的第二级孔53。

所述凸起2的外径大于第二级孔53的孔径。所述管状本体11搁置于底座4的阶梯内孔5中，管状本体11的下端插入第二级孔53内，凸起2的下端面与第一级孔52和第二级孔53交界处的台肩51抵接。所述管状本体11与阶梯内孔5间隙配合。

所述压板3包括水平板31、与水平板31下表面垂直连接的竖直板32。所述水平板31的直径大于管状本体11的管内径，竖直板32直径小于管状本体11的管内径。

所述竖直板32插入管状本体11的中空腔，水平板31与管状本体11的上端面抵接。

力学性能试验机的压头与压板3抵接施加载荷。

本实施例还提供一种应用上述纤维增强复合材料管材层间剪切强度试验装置的试验方法，包括如下步骤：

(a)在纤维增强复合材料管材上，避开气泡、分层、树脂淤积等缺陷区域，垂直于管材轴线截取试样得到管状本体11；

(b)环绕管状本体11、在管状本体11外壁上端和下端以去除材料的方式分别挖除径向截面为矩形的圆环，使管状本体11的外壁中段形成环绕的凸起2，从而得到管状试样1；加工时要防止管状试样1产生分层、刻痕等机械损伤；

(c)将管状试样1以间隙配合的方式安装于底座4的阶梯内孔5，使凸起2的下端面与阶梯内孔5的台肩51抵接，然后将压板3压在管状本体11上端面；

(d)启动力学性能试验机，使力学性能试验机对压板3匀速施加静态压缩载荷，直到管状试样1出现破坏；

(f)确定管状试样1的破坏压力f，进而计算产品的层间剪切强度бt，计算公式为：

式(001)中：бt—层间剪切强度，单位为兆帕(mpa)；

f—管状试样破坏载荷，单位为牛顿(n)；

a—为剪切面厚度，单位为毫米(mm)；

d—为层间剪切面直径，单位为毫米(mm)；

(g)重复上述步骤(a)～(f)至少五次，做不少于五个管状试样的试验，取均值。