单向复合材料拉伸力学性能试验装置及试验方法与流程

本发明属于材料的性能测试技术领域，特别涉及一种单向复合材料拉伸力学性能试验装置及试验方法。

背景技术：

随着人类探索未知领域的脚步不断迈进，科学技术的向前发展是势在必行的，然而任何技术的发展都要有适宜的材料做支撑。在液氧容器罐、热核聚变、航天航空技术、超导技术、精密电磁计量、微电子器件等领域，要求工程材料有良好的低温力学性能、低温热性能等。纤维增强树脂基复合材料正因为具有低温领域所需要的各种性能而在低温工程越来越受到重视，同时，与金属材料相比，树脂基复合材料拥有轻质等优势，因此在火箭的低温推进器、低温贮箱、结构绝缘材料等方面有着广泛的应用价值。因此，探索出能可靠、高效率地表征材料在低温环境下的性能的表征方法是十分重要并且必要的。

常规的低温拉伸试验装置是将普通拉伸试验机和低温箱组合起来使用。其包括用于测试试样力学性能的拉伸试验机，用于为试样提供低温工作环境的密封低温箱，用于实现低温箱低温的制冷装置，用于测试低温箱温度的测温装置。由于液氮、液氧等低温介质降温很快，温度控制繁琐，温度控制操作难度大，控制低温拉伸试验装置的低温箱内工作空间的温度分布困难。为了有效控制低温箱工作的温度，需要具有较强温度控制能力的低温箱。并且常规的测试装置只能进行单组式样测试，效率较低、液氮的消耗量较大，同时装置还存在结构复杂、操作繁琐、成本较高，而且需要对拉伸试验机进行改造。

专利公布号为cn206818536u的中国专利公开了一种低温力学拉伸性能检测装置，该装置主要包括冷却箱、试验机夹具、温度感应器和控制器、冷却液循环腔等。该装置只能每次测试一个式样，且最低温度无法到77k，仪器的装置复杂。专利公布号分别为cn104142273a、cn102331374a、cn105891006等的中国专利都存在上述同样的问题。专利公布号为cn103884601a的中国专利公布了一种液氦温区圆柱形多试样连续拉伸装置，该装置包括中空圆柱外形杜瓦瓶、外胆输液瓶和内胆输液瓶、分度旋转机构、多试样挂失夹具、排气管等，本装置虽然可以一次测多个样条，可是装置复杂、式样安装困难、操作繁琐，并且托盘和拉伸多试样用螺纹连接，该连接方式破坏了试样的完整性，容易导致试样从尾端破坏，影响测试结果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种单向复合材料拉伸力学性能试验装置及试验方法，结构简单可靠，效率高，使用方便，一次试验可以依次测试多组单向复合材料试样工件，同时降低了液氮液氧低温介质消耗量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种单向复合材料拉伸力学性能试验装置，用于超低温环境，包括均为圆柱体结构且同轴心并从下到上依次设置的下底座、上底座和加载中心杆，所述下底座的顶面以其圆心为中心均布有多个导向杆，所述上底座设有与导向杆对应的通孔，以穿过导向杆，所述上底座和下底座的外圆周上均布有多个试样夹具，所述试样夹具包括上夹块和下夹块，多个所述上夹块位于同一水平面且均布于上底座的外圆周上，多个所述下夹块距离下底座的顶面非等距，且与上夹块上下一一对应设置，所述上夹块和下夹块分别与上底座和下底座连接，以套接试样工件。

作为优选，多个所述下夹块距离下底座的顶面以螺旋等距离递增。

作为优选，所述上夹块和下夹块分别设置为六个。

作为优选，所述上夹块和下夹块分别通过调节螺栓与上底座和下底座连接。

作为优选，所述上夹块和下夹块均为半圆形凸台结构，且半圆形面朝向外侧。

作为优选，所述半圆形凸台结构靠近上底座或下底座的部分的半圆形半径小于远离上底座或下底座的部分的半圆形半径，以便于固定试样工件。

作为优选，所述试样工件为中间具有矩形段、两头分别具有圆弧段的环状结构。

一种应用如上所述的单向复合材料拉伸力学性能试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1)在试样工件的中部粘贴光栅，光栅的方向沿试样受力方向；

2)将试样工件套接于试样夹具上；

3)将所述加载中心杆与万能材料力学试验机的上夹块连接；

4)将试验装置于低温箱中，温度降低到测试温度下，启动万能材料试验机进行测试，首先距离下底座的顶面最远的下夹块上的试样工件绷紧受力，光栅测量系统检测其受力过程的应变，万能材料试验机记录载荷；该试样断裂后，重新启动万能材料试验机测试，距离下底座的顶面次远的下夹块上的试样工件绷紧受力，光栅测量系统、万能材料试验机记录应变和载荷；依此测试剩余试样工件的拉伸性能。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明结构简单可靠，可连续单根测试多组试样工件，测试过程中不需要开箱重新安装，提高了测试效率，可大幅度减少液氮、液氧等低温介质消耗量。

附图说明

图1为本发明中单向复合材料拉伸力学性能试验装置的立体结构示意图；

图2为本发明中单向复合材料拉伸力学性能试验装置的上底座的立体结构示意图；

图3为本发明中单向复合材料拉伸力学性能试验装置的下底座的立体结构示意图；

图4为本发明中单向复合材料拉伸力学性能试验装置的试样工件的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

如图1至图4所示，本发明的实施例公开了一种单向复合材料拉伸力学性能试验装置，用于超低温环境，包括均为圆柱体结构且同轴心的下底座1、上底座3和加载中心杆6，加载中心杆6用于与万能力学试验机的的上夹块连接。下底座1的顶面以其圆心为中心均布有导向杆固定孔7，用于固定导向杆2，导向杆2的数量可设置为三个。上底座3设有与导向杆2对应的通孔，以使上底座3穿过导向杆2，实现上底座3和下底座1的对中，且上底座3可沿导向杆2相对下底座1下滑动。上底座3和下底座1之间的外圆周均布有多个试样夹具4，试样夹具4包括上夹块41和下夹块42，上夹块41和下夹块42分别与上底座3和下底座1连接，以套接试样工件5。

本实施例中，继续结合图1至图3所示，多个上夹块41位于同一水平面且均布于上底座3的外圆周上，多个下夹块42距离下底座1的顶面非等距，并以螺旋等距离递增，且与上夹块41上下一一对应设置，上夹块41和下夹块42分别设置为六个，上夹块41和下夹块42分别通过调节螺栓与上底座3和下底座1连接，可调节试样夹具夹紧试样工件的夹紧程度。

本实施例中，继续结合图2和图3所示，上夹块41和下夹块42均为半圆形凸台结构，且半圆形面朝向外侧。半圆形凸台结构靠近上底座3或下底座1的部分的半圆形半径小于远离上底座3或下底座1的部分的半圆形半径，以便于固定试样工件5。

本实施例中，继续结合图4所示，试样工件5为中间具有矩形段9、两头分别具有圆弧段10的环状结构，纤维方向与沿试样工件环向、半圆形和试样夹具的半圆形凸台配合。结合复合材料的特点，试样工件5结合单向复合材料的力学性能特点，试样工件5设置为两头具有半圆形的环形结构，能够有效克服传统夹具夹持试样工件时容易打滑、夹持区域容易断裂的情况。

本发明还公开了一种应用如上所述的单向复合材料拉伸力学性能试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1)在试样工件5的矩形中部粘贴光栅，光栅的方向沿试样受力方向；

2)将不同的试样工件5套接于不同的试样夹具4上；

3)将加载中心杆6与万能材料力学试验机的上夹块连接；

4)将试验装置于低温箱中，温度降低到测试温度下，启动万能材料试验机进行测试，由于下底座1的六个下夹块42到下底座1的顶面距离不同，拉伸中首先距离下底座1的顶面最远的下夹块42上的试样工5绷紧受力，光栅测量系统检测其受力过程的应变，万能材料试验机记录载荷；该试样断裂后，重新启动万能材料试验机测试，距离下底座1的顶面次远的下夹块42上的试样工件5绷紧受力，光栅测量系统、万能材料试验机记录应变和载荷；依此测试剩余试样工件的拉伸性能。

本发明中的单向复合材料拉伸力学性能试验装置置于低温箱中，通过设置距离下底座的顶面不等距的下夹块，不需要重新打开低温箱安装试样工件，即可以连续分别测试六个试样工件，提高了试样工件的测试效率，大幅度减少了液氮液氧等低温冷却介质的消耗量。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。