一种复合材料薄板压缩加载装置的制作方法

本发明属于薄板压缩强度试验设备技术领域，尤其涉及一种复合材料薄板压缩加载装置。

背景技术：

纤维增强复合材料以其优异的比刚度、比强度在现代航空飞行器主承力结构中获得大量应用。飞行器结构设计时总是对每一种新型复合材料进行非常全面的性能评估，如积木式试验验证。而薄板结构是结构验证中最重要的结构之一，复合材料薄板单轴压缩承载能力是重要的材料性能评估指标，因为其常表现出很强的拉压不对称，因此，开发合理、恰当的单轴压缩测试装置至关重要。然而，确定薄板材料的压缩性能一直是工程设计的一大难题，因为其在承受压缩载荷时，往往优先发生屈曲破坏，而非真实压缩强度，从而普遍降低了复合材料压缩性能设计指标。

国际上对材料进行单轴压缩的测试方法主要有astme9、astme209、astmd3410、astmd6641和astmd695。采用这些测试方法往往很难消除试验件内部的压剪耦合效应，所得复合材料最大压缩强度约10,000微应变左右。为了更准确地评估材料的压缩性能，科研人员主要从以下两个方面进行改进设计：第一是采用更小的长度与厚度比试样进行测试，如减小试验区长度，或增加试验件厚度；第二是提供较强的面外支撑夹具，以抑制屈曲提前发生。经过改进，复合材料单轴压缩强度有时可以达到20,000微应变左右，但以上测试方法实施复杂，技术难度大，数据测量困难。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的用于复合材料薄板的单轴压缩测试装置的结构复杂和测试难度大的问题，本发明提供一种复合材料薄板压缩加载装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种复合材料薄板压缩加载装置，包括从下至上依次设置的底座、支撑组件、芯板组件、上板、第二保护垫、压头组件和压板，待测试的薄板设置在上板和第二保护垫之间，所述上板在薄板长度方向的中部具有间隙，所述第二保护垫位于薄板的两端；

所述支撑组件包括两组相对设置的支架和第一枕轨，两个所述支架沿薄板的长度方向依次滑动设置在底座上，所述支架和底座之间设置有用于锁定支架的第一锁紧件，所述支架的截面的顶端呈圆弧形，所述第一枕轨的顶端与芯板组件接触，所述第一枕轨的底端开设有与支架顶端配合的第一弧形槽；所述压头组件包括两组相对设置的压头和第二枕轨，两个所述压头沿薄板的长度方向依次滑动设置在压板上，所述压头位于两个所述支架之间，所述压头和压板座之间设置有用于锁定压头的第二锁紧件，所述压头的截面的底端呈圆弧形，所述第二枕轨的底端与第二保护垫接触，所述第二枕轨的顶端开设有与压头底端配合的第二弧形槽；

所述芯板组件包括若干平板，若干所述平板从下至上依次设置，所述芯板组件的总厚度可调。

作为优选，若干所述平板的厚度相同或不同；当若干所述平板的厚度不同时，位于所述芯板组件中间的一块所述平板的厚度最厚，剩余所述平板的厚度相对于最厚的所述平板对称设置。芯板组件是该压缩加载装置的主要承受剪切载荷的结构，便于通过更换不同数量或不同厚度的平板调节芯板组件的总厚度，从而调节芯板组件的刚度，避免发生非线性弯曲响应。

作为优选，若干所述平板的材质为木材和/或工程塑料。同时可通过选择不同材质的平板调节芯板组件的刚度，避免发生非线性弯曲响应。

作为优选，所述第一枕轨和芯板组件之间从下至上依次设置有第一保护垫和下板，所述第一保护垫位于下板的两端。下板用于承受四点弯曲载荷加载过程中的最大拉伸载荷响应，有效保护芯板组件；第一保护垫避免第一枕轨与下板之间发生磕碰，且避免下板发生相对滑动。

作为优选，所述上板、下板和芯板组件的总厚度大于十倍的待测薄板的厚度；所述下板的厚度≥待测薄板的厚度。上板、下板和芯板组件的总厚度大于十倍的待测薄板的厚度，有利于消除纯弯曲载荷的梯度效应；下板的厚度≥待测薄板的厚度，有效避免纯弯曲载荷时下板发生破坏。

进一步地，所述上板和下板均为金属板；所述第二保护垫和第一保护垫均为橡胶垫。

进一步地，所述第一锁紧件包括第一锁紧螺栓，所述底座上开设有第一滑槽，所述第一锁紧螺栓与支架螺纹固定连接，所述第一锁紧螺栓沿第一滑槽滑动，当所述第一锁紧螺栓拧紧时，所述支架锁定在底座上；所述第二锁紧件包括第二锁紧螺栓，所述压板上开设有第二滑槽，所述第二锁紧螺栓与压头螺纹固定连接，所述第二锁紧螺栓沿第二滑槽滑动，当所述第二锁紧螺栓拧紧时，所述压头锁定在压板上。第一锁紧件和第二锁紧件的结构简单可靠，便于操作，成本低。

进一步地，所述底座和压板上均设置有刻度尺，所述刻度尺朝向压头的滑动方向设置。设置刻度尺便于显示支架和压头的调节位置。

进一步地，所述压板上设置有连接件，所述连接件包括连接板，所述连接板与压板固定连接，所述连接板通过连接螺栓与万能试验机固定连接。便于压板牢靠的安装至万能试验机。

有益效果：本发明的复合材料薄板压缩加载装置，可根据试验件的厚度选择芯板组件的总厚度，芯板组件是该压缩加载装置的主要承受剪切载荷的结构，通过更换不同数量或不同厚度的平板调节芯板组件的总厚度，有利于消除纯弯曲载荷的梯度效应，以及调节芯板组件的刚度，避免发生非线性弯曲响应，实现更加有效的单轴压缩载荷，复合材料薄板的压缩强度可以得到较好地测量，可以针对不同厚度和长度的试验件进行压缩强度试验，适用性强；本发明的复合材料薄板压缩加载装置，巧妙地基于现有四点弯曲试验装置，结构简单，容易搭建，可重复使用，试验件保护充分，无需额外提供面外防屈曲装置，不受试验件长度/厚度比影响，避开了压弯耦合效应对压缩性能的影响，可为复合材料薄板的压缩性能评估提供有效的试验支持，更加准确地测得复合材料薄板的压缩强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明复合材料薄板压缩加载装置的立体结构示意图；

图2是本发明复合材料薄板压缩加载装置的主视示意图；

图3是图2中a-a的局部放大示意图；

图4是本发明复合材料薄板压缩加载装置的压头组件的立体结构示意图；

图5是本发明复合材料薄板压缩加载装置的支撑组件的立体结构示意图；

图中：1、底座，11、第一滑槽，2、支撑组件，21、支架，22、第一枕轨，23、第一锁紧螺栓，3、芯板组件，31、平板，4、上板，41、间隙，5、第二保护垫，6、压头组件，61、压头，62、第二枕轨，63、第二锁紧螺栓，7、压板，71、第二滑槽，72、连接板，73、连接螺栓，8、第一保护垫，9、下板，100、薄板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～5所示，一种复合材料薄板压缩加载装置，包括一种复合材料薄板压缩加载装置，包括从下至上依次设置的底座1、支撑组件2、芯板组件3、上板4、第二保护垫5、压头组件6和压板7，待测试的薄板100设置在上板4和第二保护垫5之间，所述上板4在薄板100长度方向的中部具有间隙41，所述第二保护垫5位于薄板100的两端；

所述支撑组件2包括两组相对设置的支架21和第一枕轨22，两个所述支架21沿薄板100的长度方向依次滑动设置在底座1上，所述支架21和底座1之间设置有用于锁定支架21的第一锁紧件，所述支架21的截面的顶端呈圆弧形，所述第一枕轨22的顶端与芯板组件3接触，所述第一枕轨22的底端开设有与支架21顶端配合的第一弧形槽；所述压头组件6包括两组相对设置的压头61和第二枕轨62，两个所述压头61沿薄板100的长度方向依次滑动设置在压板7上，所述压头61位于两个所述支架21之间，所述压头61和压板7座之间设置有用于锁定压头61的第二锁紧件，所述压头61的截面的底端呈圆弧形，所述第二枕轨62的底端与第二保护垫5接触，所述第二枕轨62的顶端开设有与压头61底端配合的第二弧形槽；

所述芯板组件3包括若干平板31，若干所述平板31从下至上依次设置，所述芯板组件3的总厚度可调。具体地，若干所述平板31的厚度相同或不同；当若干所述平板31的厚度不同时，位于所述芯板组件3中间的一块所述平板31的厚度最厚，剩余所述平板31的厚度相对于最厚的所述平板31对称设置；若干所述平板31的材质为木材和/或工程塑料。芯板组件3是该压缩加载装置的主要承受剪切载荷的结构，便于通过更换不同数量或不同厚度的平板31调节芯板组件3的总厚度，从而调节芯板组件3的刚度，同时可通过选择不同材质的平板31调节芯板组件3的刚度，避免发生非线性弯曲响应。

在本实施例中，所述第一枕轨22和芯板组件3之间从下至上依次设置有第一保护垫8和下板9，所述上板4和下板9均为金属板；所述第一保护垫8位于下板9的两端，所述第二保护垫5和第一保护垫8均为橡胶垫。其中，下板9用于承受四点弯曲载荷加载过程中的最大拉伸载荷响应，有效保护芯板组件3；第一保护垫8避免第一枕轨22与下板9之间发生磕碰，且避免下板9发生相对滑动。

在本实施例中，所述上板4、下板9和芯板组件3的总厚度大于十倍的待测薄板100的厚度，有利于消除纯弯曲载荷的梯度效应；所述下板9的厚度≥待测薄板100的厚度，有效避免纯弯曲载荷时下板9发生破坏。

在本实施例中，如图5所示，所述第一锁紧件包括第一锁紧螺栓23，所述底座1上开设有第一滑槽11，所述第一锁紧螺栓23与支架21螺纹固定连接，所述第一锁紧螺栓23沿第一滑槽11滑动，当所述第一锁紧螺栓23拧紧时，所述支架21锁定在底座1上；如图4所示所述第二锁紧件包括第二锁紧螺栓63，所述压板7上开设有第二滑槽71，所述第二锁紧螺栓63与压头61螺纹固定连接，所述第二锁紧螺栓63沿第二滑槽71滑动，当所述第二锁紧螺栓63拧紧时，所述压头61锁定在压板7上；所述第一滑槽11和第二滑槽71均为t型滑槽。

在本实施例中，所述底座1和压板7上均设置有刻度尺(图中未示意出)，所述刻度尺朝向压头61的滑动方向设置，以便于显示支架21和压头61的调节位置。

在本实施例中，如图1和图4所示所述压板7上设置有连接件，所述连接件包括连接板72，所述连接板72与压板7固定连接，所述连接板72通过连接螺栓73与万能试验机固定连接，以便于压板7牢靠的安装至万能试验机。

工作原理如下：

首先，根据待测复合材料薄板100的厚度选择上板4、下板9和芯板组件3的总厚度，再调节两个支架21在底座1上的位置后，拧紧第一锁紧螺栓23将支架21锁定在底座1上，再将第一枕轨22安装至支架21上，再从下至上依次铺放第一保护垫8、下板9、若干平板31、上板4、薄板100和第二保护垫5；再将压板7通过连接螺栓73安装至万能试验机上，再调节两个压头61在压板7上的位置后，拧紧第二锁紧螺栓63将压头61锁定在压板7上，再将第二枕轨62安装至压头61上；当万能试验机驱动压板7下压时，压头61位于两个支架21之间，对应的第二枕轨62与第二保护垫5接触并下压，该过程可具体参考现有四点弯曲试验装置的四点弯曲载荷加载过程。

其中，第二保护垫5置于薄板100上用于保护薄板100，以免因压头61加载应力集中导致的端部压缩破坏；施加载荷时，薄板100承受压缩载荷，且上板4提供面外支持，上板4用于承受四点弯曲载荷加载过程中部分压缩载荷响应，屈曲不易发生，上板4在薄板100长度方向的中部具有间隙41，间隙41的设置有效提高载荷的加载效率；芯板组件3是该压缩加载装置的主要承受剪切载荷的结构，便于通过更换不同数量或不同厚度的平板31调节芯板组件3的总厚度，有利于消除纯弯曲载荷的梯度效应，以及调节芯板组件3的刚度，同时可通过选择不同材质的平板31调节芯板组件3的刚度，避免发生非线性弯曲响应，薄板100的压缩强度可以得到较好地测量；下板9用于承受四点弯曲载荷加载过程中的最大拉伸载荷响应，有效保护芯板组件3；第一保护垫8避免第一枕轨22与下板9之间发生磕碰，且避免下板9发生相对滑动；第二枕轨62的底端与第二保护垫5接触可增大接触面积，避免因接触面积小而导致的应力集中问题，压头61的截面的底端呈圆弧形，第二枕轨62的顶端开设有与压头61底端配合的第二弧形槽，使得压头61可绕第二弧形槽旋转和滑移，第二枕轨62随薄板100的压缩变形保持与第二保护垫5接触，薄板100的压缩强度可以得到较好地测量；第一枕轨22的顶端与第一保护垫8接触可增大接触面积，避免因接触面积小而导致的应力集中问题，支架21的截面的顶端呈圆弧形，第一枕轨22的底端开设有与支架21顶端配合的第一弧形槽，使得支架21可绕第一弧形槽旋转和滑移，第一枕轨22随薄板100的压缩变形保持与第一保护垫8接触，薄板100的压缩强度可以得到较好地测量。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。