一种顶破装置的制作方法

本发明涉及纺织领域，尤其涉及一种用于测试纺织品/纺织结构增强柔性复合材料顶破性能的顶破装置。

背景技术：

纺织品及其增强柔性复合材料由于其自身的轻质高强、柔韧性好等优势，越来越广泛地应用于军工、建筑、运输、土木以及安全防护等领域。在其使用过程中，不可避免受到尖锐物体(如砂砾、石子等)的破坏，造成在纺织品及其增强柔性复合材料的顶破破坏。顶破损伤是一种局部的集中应力损伤，顶破损伤一旦发生并逐步积累会导致大面积的损伤突然产生，这种损伤往往在有明显征兆时已经无法阻止。因此，纺织品及其增强的柔性复合材料的顶破性能非常有必要进行实验测试工作，并根据实验结果进行理论建模，进而分析其顶破损伤机制，为高顶破容限纺织品及其增强柔性复合材料的结构设计提出理论依据。

目前在传统纺织品的顶破测试是采用圆形的球体，以模拟衣用织物在穿着过程中在肘部、膝部等部位的顶破损伤，而这种形式的测试在非穿着类纺织品的顶破损伤测试中并不适用。这主要是由于以下两方面的原因：一方面，非穿着类纺织品尤其是用在建筑、土工类的产业用纺织品一般强度、模量较高，是传统的衣用纺织品的几十倍，甚至上百倍，传统的纺织品顶破测试量程远远达不到；另一方面，这类纺织品的使用环境远远比衣用纺织品要恶劣得多，需要抵抗较多尖锐物体的顶破损伤形式。

因此需要开发适用于高强高模的产业用纺织品及其增强复合材料的顶破性能测试的顶破装置，以解决现有技术中存在的缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于测试纺织品/纺织结构增强柔性复合材料顶破性能的顶破装置，该装置中的上下两片夹具中间的啮合部位采用特殊的结构设计，上下夹具之间还采用三套螺栓螺母进行进一步加固，这种设计显著提高对待测纺织品/纺织结构增强柔性复合材料的夹持牢度，减少顶破试验测试过程中待测试样与夹具之间的相对滑移和纺织结构中纱线抽拔，提高顶破测试的准确性和可靠性；另外，该夹具还可以设计为与下端测试设备进行连接的定位栓，进一步增加顶破测试过程中的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种顶破装置，其包括试验台、设于试验台上的支架、设于试验台上的底座、所述顶破装置还包括顶破夹头、与顶破夹头连接的应力、应变传感器、高速摄影仪、液压伺服电机、刺锥和夹具，所述液压伺服电机与顶破夹头连接，所述顶破夹头与刺锥连接。

优选的，在上述顶破装置中，所述刺锥采用扁平型或圆锥型或半球型或尖刀型。

优选的，在上述顶破装置中，所述刺锥的直径范围为5mm-20mm。

优选的，在上述顶破装置中，所述夹具包括上夹具及下夹具，所述夹具采用圆形设计，所述上夹具与下夹具之间采用凹凸槽配合。

优选的，在上述顶破装置中，圆形的所述夹具的直径变化范围是50mm-150mm。

优选的，在上述顶破装置中，所述上夹具与下夹具之间采用三套螺栓螺母进行固定。

优选的，在上述顶破装置中，所述上夹具与下夹具之间采用外固定。

优选的，在上述顶破装置中，所述夹具上配备待测试样中心固定装置。

优选的，在上述顶破装置中，所述顶破装置中刺锥下降的速度范围为0.1mm-500m/s。

优选的，在上述顶破装置中，所述顶破装置的顶破强力的量程设计为0.1N-20000N。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)相比较传统纺织品顶破设备，本发明提出的测试纺织品/纺织结构增强柔性复合材料顶破性能的设备的采用液压伺服电机配合，在测试过程中实现随着顶破强力的增大，夹头的压力也越来越大，尽可能避免刺锥与夹头之间产生滑移，确保顶破实验测试结果的准确性和有效性。

(2)采用特殊设计的夹具，提高对待测纺织品/纺织结构增强柔性复合材料的夹持牢度，减少顶破试验测试过程中待测试样与夹具之间的相对滑移和纺织结构中纱线抽拔，提高顶破测试的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明夹具1的横截面示意图；

图2为图1中夹具1俯视图；

图3为本发明夹具2的横截面示意图；

图4为图3中夹具2俯视图；

图5为夹具中间咬合部位示意图；

图6为本发明半球型刺锥的几何形状示意图；

图7为本发明尖锥型刺锥的几何形状示意图；

图8为本发明扁平型刺锥的俯视图；

图9为本发明扁平型刺锥的正视图；

图10为本发明顶破装置的示意图。

其中：上夹具1；下夹具2；螺栓3；下定位螺栓4；试验台a；底座b；夹具c；顶破夹头d；应力、应变传感器e；高速摄影仪f；液压伺服电机g；支架h；刺锥i。

具体实施方式

本发明公开了一种用于测试纺织品/纺织结构增强柔性复合材料顶破性能的顶破装置，该装置中的上下两片夹具中间的啮合部位采用特殊的结构设计，上下夹具之间还采用三套螺栓螺母进行进一步加固，这种设计显著提高对待测纺织品/纺织结构增强柔性复合材料的夹持牢度，减少顶破试验测试过程中待测试样与夹具之间的相对滑移和纺织结构中纱线抽拔，提高顶破测试的准确性和可靠性；另外，该夹具还可以设计为与下端测试设备进行连接的定位栓，进一步增加顶破测试过程中的稳定性。

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详细地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图6至图9所示，一种刺锥i，所述刺锥i采用扁平型或圆锥型或半球型或尖刀型。所述刺锥i的直径变化范围为5mm-20mm。该刺锥i采用多种几何结构设计，模拟不同使用环境下纺织品/纺织结构增强柔性复合材料的顶破损伤形式，扩大该装置的适用性。

如图1至图5所示，一种夹具c，其包括上夹具1及下夹具2，所述上下夹具之间使用凹凸槽配合。凹凸槽配合可以确保纺织品/纺织结构复合材料在承载过程中不产生滑移以及纱线的抽拔，确保实验结果的准确性。

所述夹具c的形状为圆形，所述圆形的夹具内直径变化范围为50mm-150mm。本发明夹具的形状设计为圆形，主要是为了保证织物在承受顶破载荷时尽量做到各个方向上的载荷基本相同，避免出现应力集中的情况。夹具圆盘内直径为待测试样的有效测试区域，内外直径的之间的差为待测样品被夹持区域，该夹持区域的大小直接决定试样是否被有效握持。因此，为保证试样在测试过程中能够有效握持，该夹持区域的尺寸应控制在30mm-50mm之内。

为了保证上下夹具之间的密切啮合，在上下两夹具上还采用螺栓3进行定位加固，加固螺栓3可采用两种设计方法：

①第一种是采用三套螺栓螺母在夹具圆盘上进行等距离固定，该方法模具设计简便快捷，测试试样制备过程中只需要在试样上进行开孔以方便加固螺栓的通过，如图3及图4所示。

②第二种是采用外固定，具体的是三套外置固定螺栓的方式进行等距离固定，该方法可以确保织物试样的结构完整性，避免局部破坏，如图1及图2所示。

所述夹具c上配备待测试样中心固定装置(中空钻头)；以确保刺锥的加载位置在待测样品的中间部位，以免顶破测试过程中无法确定织物的中心位置，造成测试人为误差。

一种顶破装置，其包括所述的刺锥i和所述的夹具c，所述顶破装置还包括试验台a、设于试验台上的支架h、设于试验台a上的底座b、顶破夹头d、与顶破夹头d连接的应力、应变传感器e、高速摄影仪f、液压伺服电机g，所述液压伺服电机g与顶破夹头d连接，所述顶破夹头d与刺锥i连接。

该顶破装置提供了不同的夹具设计，以适应不同的待测样品需求；刺锥的系列形状设计主要是为了模拟不同使用环境中纺织品/纺织结构增强柔性复合材料的顶破过程。所述顶破装置中刺锥下降的速度范围为0.1mm-500m/s，所述顶破装置的顶破强力的量程设计为0.1N-20000N。

其中顶破夹头中的钳口采用梯形设计，随着顶破过程的进行，顶破强力增大，这种梯形设计的钳口会不断增加对夹头的握持力，防止由于顶破强力过大导致刺锥和顶破夹头之间产生滑移，进而影响顶破测试结果的准确性。

高速摄影仪的加入可以对顶破实验过程中待测试样j的表面进行实时记录拍摄，观察织物在顶破过程中的形变、破坏点的发生和扩展。尤其在高速顶破的过程中，这一实验数据可以为顶破损伤机制的分析提供有效依据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用特殊设计的夹具，提高对待测纺织品/纺织结构增强柔性复合材料的夹持牢度，减少顶破试验测试过程中待测试样与夹具之间的相对滑移和纺织结构中纱线抽拔，提高顶破测试的准确性和可靠性。

(2)相比较传统纺织品顶破设备，本发明提出的测试纺织品/纺织结构增强柔性复合材料顶破性能的设备的采用液压伺服电机配合，在测试过程中实现随着顶破强力的增大，夹头的压力也越来越大，尽可能避免刺锥与夹头之间产生滑移，确保顶破实验测试结果的准确性和有效性。