一种用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的制作方法

本申请属于复合材料性能测试领域，特别涉及一种用于复合材料曲梁静压痕的试验装置。

背景技术：

在复合材料的应用中，由于其层间性能较弱，且很多内部分层损伤是目视不可见的，使得对复合材料的损伤特性研究成为应用时的一项关键考察因素。静压痕法是常采用的一种定量引入损伤的方法，其实现方式为通过与试验机连接的压头以恒定速率对试样施加压缩载荷，在试样内定量可控的引入损伤。

针对矩形平板试样的损伤引入在astmd7136中对试验夹具及方法均有明确的要求，但是随着复合材料结构一体化的快速发展，在油箱、梁缘条等位置出现了曲梁结构，复合材料曲梁试样由长为l的直线段和夹角为90°的r区组成。在r区顶点位置引入静压痕损伤需要解决加载过程中试样如何保持稳定、试样静压痕损伤位置如何对中、损伤引入时如何避免试样弹性变形抵消静压痕能量等一系列问题，目前国内外未见相关试验标准。现有技术中采用的支持夹具较为简单且在应用中存在以下问题：(a)该装置未与试验机刚性连接，在进行静压痕试验时夹具直接放置在试验机平台上，无法保障夹具对中及加载过程中的夹具滑动等问题；(b)该装置对曲梁试样的直线段部分缺少背部支撑，仅在两侧限制了曲梁试样的横向变形，在受到静压痕载荷时，曲梁将出现弹性变形吸收静压痕载荷的能量，造成损伤目标值与实际值出现偏差。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现要素：

本申请的目的是提供了一种用于复合材料曲梁静压痕的试验装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种用于复合材料曲梁静压痕的试验装置，包括：

压缩平台，所述压缩平台呈圆形；

底座，所述底座固定安装在所述压缩平台上；

下支座，所述下支座包括第一下支座和第二下支座，所述第一下支座以及所述第二下支座对称固定安装在所述底座上，所述第一下支座具有第一斜面支撑部，所述第二下支座具有第二斜面支撑部，所述第一斜面支撑部以及所述第二斜面支撑部均与轴线呈α角度；

试样，所述试样包括两个平直段以及连接两个所述平直段的弧形段，两个所述平直段之间具有2α角度，两个所述平直段分别通过试样固定组件安装在所述第一斜面支撑部以及所述第二斜面支撑部上；

冲击组件，所述冲击组件用于对所述试样的弧形段顶点施加冲击载荷。

可选地，还包括两个圆盘限位块，两个所述圆盘限位块分别设置在所述底座的底部两端，所述圆盘限位块的内侧设置有与所述压缩平台相适配的圆弧段。

可选地，还包括两个底座限位条，两个所述底座限位条分别设置在所述底座的两侧，所述底座限位条包括呈l形设置的第一限位段以及第二限位段，所述第一限位段与所述压缩平台固定连接，所述第二限位段抵接所述底座。

可选地，所述底座限位条上开设有长条孔，通过紧固件将所述底座限位条与所述压缩平台固定连接。

可选地，所述底座的顶部两端均设置有限位凸台，所述第一下支座以及所述第二下支座分别与对应侧的限位凸台抵接后，通过紧固件对称固定安装在所述底座上。

可选地，所述第一斜面支撑部以及所述第二斜面支撑部均与轴线呈45度角，所述试样的两个所述平直段之间具有90度角。

可选地，所述试样固定组件包括试样夹板以及限位挡板，其中，

所述试样夹板呈u形，设置在所述试样的平直段中部，通过紧固件固定在所述下支座上，将所述试样的两个平直段与对应的下支座固定；

所述限位挡板设置在所述试样的平直段端部，通过紧固件固定在所述下支座上，将所述试样的两个平直段端部进行限位。

可选地，所述冲击组件包括冲击头连接杆、冲击头底座以及冲击头，所述冲击头底座的一端与所述冲击头连接杆连接，另一端与所述冲击头连接。

可选地，所述冲击头与所述冲击头底座螺纹连接，所述冲击头包括多种规格尺寸。

可选地，所述冲击组件还包括楔形块，所述楔形块包括上楔形块以及下楔形块，所述上楔形块的一端与所述冲击头连接杆连接，另一端与试验机夹头连接，所述下楔形块的一端与所述压缩平台的底部连接，另一端与试验机夹头连接。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置，在静压痕试验时能够保持试样稳定，能够对试样提供背部刚性支持，确保试样的对中安装位置，实现在曲梁试样r区顶点定量可控的引入损伤。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置整体示意图；

图2是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置侧视图；

图3是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置俯视图；

图4是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的下支座整体示意图；

图5是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的下支座正视图；

图6是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的下支座侧视图；

图7是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的下支座俯视图；

图8是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的试样示意图；

图9是本申请一个实施方式的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置的冲击头示意图。

其中：

1-冲击头连接杆；2-冲击头底座；3-冲击头；4-试样夹板；5-限位挡板；6-下支座；7-底座；8-圆盘限位块；9-压缩平台；10-楔形块；11-底座限位条。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图9对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种用于复合材料曲梁静压痕的试验装置，包括压缩平台9、底座7、下支座6、试样以及冲击组件。

具体的，压缩平台9为圆形平台，其上开设有安装孔，底座7可以是呈矩形的长条板，固定安装在压缩平台9上。

在本申请的一个优选实施例中，底座7的底部两端分别设置有圆盘限位块8，圆盘限位块8的内侧设置有与压缩平台9相适配的圆弧段。本实施例中，圆盘限位块8通过螺接安装在底座7上，采用与圆形压缩平台9一致的圆弧面保证底座7相对压缩平台9的对中位置，并使底座7可以绕压缩平台9旋转至需要的位置，便于试验实际操作。

在本申请的一个优选实施例中，还包括两个底座限位条11，两个底座限位条11分别设置在底座7的两侧，底座限位条11包括呈l形设置的第一限位段以及第二限位段，第一限位段与压缩平台9固定连接，第二限位段抵接底座7。有利的是，本实施例中，底座限位条11上开设有长条孔，通过紧固件将底座限位条11与压缩平台9固定连接，利用底座限位条11上的长条孔实现位置调节，确保底座7的对中位置。

进一步，如图4-7所示，下支座6包括两个，第一下支座和第二下支座，第一下支座以及第二下支座对称固定安装在底座7上，第一下支座具有第一斜面支撑部，第二下支座具有第二斜面支撑部，第一斜面支撑部以及第二斜面支撑部均与轴线呈α角度。在本申请的一个优选实施例中，通过在底座7的顶部两端均设置有限位凸台，第一下支座以及第二下支座分别与对应侧的限位凸台抵接后，通过螺栓对称固定安装在底座7上，底座7两端的限位凸台能够确保下支座6不发生转动。有利的是，本实施例中，为了保证下支座6与曲梁试样的充分接触，将下支座6设置为横截面呈直角三角形的结构，两个下支座6的第一斜面支撑部以及第二斜面支撑部均与轴线设置呈α角度，同时顶点位置为弧形，可使曲梁试样试验过程中受到静压痕载荷出现形变时避免对试样造成损伤。斜面支撑部上开设有四个螺纹孔，用于安装试样固定组件，与地面垂直的两个孔用于从正反面将下支座6固定在底座7上。

如图8所示，试样包括两个平直段以及连接两个平直段的弧形段，两个平直段之间具有2α角度，两个平直段分别通过试样固定组件安装在第一斜面支撑部以及第二斜面支撑部上。可以根据实际情况设计适当的下支座6实现试样的安装，一般情况下，试样为l形结构，其两个平直段之间具有90度角，设计下支座6的第一斜面支撑部以及第二斜面支撑部均与轴线呈45度角，即可实现试样的安装。

在本申请的一个优选实施例中，试样固定组件包括两对试样夹板4以及限位挡板5，其中，试样夹板4呈u形，设置在试样的平直段中部，通过螺栓固定在下支座6上，将试样的两个平直段与对应的下支座6固定。限位挡板5设置在试样的平直段端部，通过螺栓固定在下支座6上，将试样的两个平直段端部进行限位。

另外，还包括冲击组件，冲击组件用于对试样的弧形段顶点施加冲击载荷。在本申请的一个优选实施例中，冲击组件包括冲击头连接杆1、冲击头底座2以及冲击头3，冲击头底座2的一端与冲击头连接杆1连接，另一端与冲击头3连接。

有利的是，如图9所示，本实施例中，复合材料曲梁静压痕试验针对不同的材料的试验目的设计不同规格尺寸的冲击头3，可根据需要加工不同尺寸的冲击头3，其上端为同一规格的外螺纹，可以固定在冲击头底座2上的同时便于更换。

有利的是，本实施例中，冲击组件还包括楔形块10，楔形块10包括上楔形块以及下楔形块，上楔形块的一端与冲击头连接杆1螺接，另一端与试验机夹头连接，下楔形块的一端与压缩平台9的底部螺接，另一端与试验机夹头连接，上楔形块以及下楔形块与试验机夹头适配，实现与试验机的连接。

本申请的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置，装配过程可以包括以下步骤：

步骤一、选择试验所需尺寸的冲击头3，将其与冲击头底座2、冲击头连接杆1螺接固定后安装于上楔形块中，并将上楔形块放置于试验机上部夹头内夹紧；

步骤二、连接下楔形块与压缩平台9，并将下楔形块放置于试验机下部夹头内夹紧；

步骤三、将底座7目视对中放置于压缩平台9上，在底座7上安装圆盘限位块8，使圆盘限位块8的弧面与压缩平台9侧面充分贴合，保证底座7相对压缩平台9的对中安装，并将底座7绕压缩平台9旋转至试验所需位置后，安装底座限位条11并拧紧底座限位条11上的紧固件，实现底座7相对压缩平台9的精确对中及固定；

步骤四、将左右两个下支座6贴紧放置于底座7上，使其分别与底座7两端的限位凸台充分接触后通过紧固件将其固定在底座7上；

步骤五、将曲梁试样的两个平直段部分放置于下支座6上，利用卡尺测量试样宽度边缘与下支座6两侧边缘的距离，调整其位置使试样居中，试样下表面与下支6充分接触后固定试样夹板4及限位挡板5，约束试样的位置；

步骤六、通过试验机以恒定速率施加压缩载荷，在曲梁试样弧形段顶点中心引入损伤，完成试验。

本申请的用于复合材料曲梁静压痕的试验装置，能够实现与试验机上部和下部的刚性连接，在静压痕加载过程中保持稳定；能够通过对曲梁试样的多方向约束，确保静压痕试验的损伤位置在曲梁试样r区顶点中心；能够在曲梁试样受到静压痕载荷时可能出现变形的位置通过夹具约束及对试样平直段提供充分的背部支撑，降低试样的弹性变形，避免能量被抵消导致试验出现误差。本申请能够实现在静压痕试验时保持试样稳定，能够对试样提供背部刚性支持，确保试样的对中安装位置，以及实现与试验机的刚性连接，最终在曲梁试样r区顶点定量可控的引入损伤。本申请适用于各种厚度的复合材料曲梁试样，可采用不同尺寸的冲击头在试样r区定量引入的静压痕损伤，为测定带有损伤的曲梁强度提供支持，为设计人员提供更加丰富、准确的试验数据。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。