一种用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装的制作方法

1.本实用新型涉及复合材料领域，尤其涉及一种用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装。


背景技术：

2.碳纤维圆管形桁架结构中多采用弧形双片连接节点作为管件连接节点。弧形双片连接节点包括弧面和设于弧面的翅片；弧面用于与碳纤维圆管形桁架结构的弦杆胶接，翅片用于与碳纤维圆管形桁架结构的腹杆胶接。无论是弧面还是翅片，通常采用胶黏剂分别实现与弦杆和腹杆的胶粘固定。
3.弧形双片连接节点由多区域树脂基碳纤维复合材料铺层后共固化而成。因此，结合弧形双片连接节点的破坏机理而言，翅片与腹杆连接后受拉压载荷，最薄弱部位通常为该弧形双片连接节点的层间树脂。也就是说，当碳纤维圆管形桁架结构向该弧形双片连接节点施加的拉力载荷超过该弧形双片连接节点的层间树脂的极限值后，该弧形双片连接节点因层间分离破坏而失效。
4.基于弧形双片连接节点的特殊形状，现有技术无法针对弧形双片连接节点的层间树脂进行面外拉伸失效分析。因此，如何针对弧形双片连接节点的层间树脂实现面外拉伸失效分析，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装，该工装可以用于测试弧面复合材料的面外拉伸失效。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装，包括圆筒面和两个贴合于所述圆筒面胶粘固定的弧面试件；两个所述弧面试件以所述圆筒面的中心轴为轴线中心对称分布；两个所述弧面试件的表面设有沿同一平面分布、用以连接施力器的翅片；任一所述弧面试件为弧面复合材料试件。
7.优选地，所述施力器包括两个间隔相对分布的夹头；两个所述夹头分别夹持固定两个所述翅片。
8.优选地，任一所述翅片和与其连接的所述夹头之间设有夹持连接件；所述夹持连接件的一端与所述翅片固定连接、另一端用以供所述夹头夹持固定。
9.优选地，任一所述夹持连接件包括两个t型粘接片；两个所述t型粘接片的横向端面分别胶粘于所述翅片的两侧表面，两个所述t型粘接片的纵向杆体沿同一平面分布；任一所述横向端面和所述翅片之间的胶层的剪切强度大于所述弧面试件的剪切破坏强度。
10.优选地，任一所述夹持连接件还包括用以设于两个所述t型粘接片之间的垫片；所述垫片和所述翅片胶粘固定于两个所述t型粘接片之间。
11.优选地，所述t型粘接片为金属粘贴片或复合材料粘贴片。
12.优选地，所述圆筒面具体为碳纤维圆管或碳纤维圆柱。
13.优选地，任一所述弧面试件自身的层间树脂面外拉伸失效载荷小于任一所述弧面试件与所述圆筒面二者间的胶层面外拉伸失效载荷。
14.优选地，任一所述弧面试件自身的层间树脂面外拉伸失效载荷大于任一所述弧面试件与所述圆筒面二者间的胶层面外拉伸失效载荷。
15.相对于上述背景技术，本实用新型所提供的用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装包括圆筒面和两个贴合于圆筒面胶粘固定的弧面试件；两个弧面试件以圆筒面的中心轴为轴线中心对称分布。
16.该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装中，任一弧面试件为弧面复合材料试件；两个弧面复合材料试件的表面设有沿同一平面分布、用以连接施力器的翅片。
17.应用该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装时，通过施力器向位于同一平面内的两个翅片分别施加等大反向的拉力，根据具体测试要求，获取任一弧面复合材料试件自身内部的层间树脂分离时施力器所施加的拉力，或者获取任一弧面复合材料试件与圆筒面二者间的胶粘结构分离时施力器所施加的拉力。
18.因此，该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装可以用于测试弧面复合材料试件自身内部的层间树脂面外拉伸失效，还可以用于测试弧面复合材料试件与圆筒面之间的胶粘结构的胶层面外拉伸失效。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型实施例中圆筒面和弧面试件的连接示意图；
21.图2为本实用新型实施例中弧面试件的局部结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例中t型粘接片的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例所提供的用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装的结构示意图。
24.其中，1
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圆筒面、2
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弧面试件、21
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弧面、22
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翅片、201
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弧形双片连接节点底部铺层、202
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弧形双片连接节点中间铺层、203
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弧形双片连接节点左侧铺层、204
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弧形双片连接节点右侧铺层、3
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t型粘接片、31
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纵向杆体、32
‑
横向端面。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
27.请参考图1至图4，图1为本实用新型实施例中圆筒面和弧面试件的连接示意图；图
2为本实用新型实施例中弧面试件的局部结构示意图；图3为本实用新型实施例中t型粘接片的结构示意图；图4为本实用新型实施例所提供的用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装的结构示意图。
28.本实用新型提供一种用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装，包括圆筒面1和两个贴合于圆筒面1胶粘固定的弧面试件2；两个弧面试件2以圆筒面1的中心轴为轴线中心对称分布。
29.上述用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装中，任意一个弧面试件2可包括呈曲面状的弧面21和设于弧面21的翅片22。因该弧面试件2为弧面复合材料试件，因此，无论是该弧面试件2的弧面21，还是该弧面试件2的翅片22，均可包括底层、表层和设于二者之间的树脂层。
30.例如，该弧面复合材料试件具体为应用于桁架结构的树脂基碳纤维弧形连接节点，此树脂基碳纤维弧形连接节由树脂基纤维复合材料层固化而成，包括如图2所示的弧形双片连接节点左侧铺层203、弧形双片连接节点中间铺层202、弧形双片连接节点右侧铺层204和弧形双片连接节点底部铺层201四个铺层。弧面21指的是前述弧形双片连接节点底部铺层201和设于弧形双片连接节点底部铺层201与其余三个铺层之间的树脂层；翅片22指的是弧形双片连接节点左侧铺层203、弧形双片连接节点中间铺层202、弧形双片连接节点右侧铺层204三者中任意相邻两者及其树脂层。
31.此外，上述弧面复合材料试件还可采用除树脂基碳纤维以外的其他复合材料，包括且不限于由树脂与其他纤维复合而成的树脂基玻璃纤维、树脂基芳纶纤维等。
32.该工装中，两个弧面试件2设于圆筒面1的两侧，这两个弧面试件2的翅片22沿同一平面分布。翅片22用于连接施力器，方便施力器向这两个弧面试件2分别施加拉力。
33.施力器向上述两个翅片22施加拉力时，拉力沿翅片22传递至弧面试件2的弧面21和圆筒面1。此时，若弧面试件2和圆筒面1二者之间的胶粘结构的胶层面外拉伸失效载荷大于任一弧面试件2自身的层间树脂面外拉伸失效载荷，则施力器施加于翅片22的拉力首先会造成弧面试件2自身的层间树脂因分离而失效，也就是说，在弧面试件2和圆筒面1相互分离之前，弧面试件2因自身的复合结构破坏而失效。反之，若弧面试件2和圆筒面1二者之间的胶粘结构的胶层面外拉伸失效载荷小于任一弧面试件2自身的层间树脂面外拉伸失效载荷，则施力器施加于翅片22的拉力首先会造成弧面试件2与圆筒面1相互分离，也就是说，在弧面试件2这一结构破坏前，弧面试件2和圆筒面1之间的胶粘结构会首先破坏失效。
34.可见，若该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装用于分析弧面试件2的层间树脂的失效特性，则可令弧面试件2自身的层间树脂面外拉伸失效载荷小于任一所述弧面试件2与所述圆筒面1二者间的胶层面外拉伸失效载荷，此时，根据弧面试件2因自身复合层破坏分离时施力器所施加的拉力，可以分析弧面试件2的层间树脂的失效特性。若该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装用于分析弧面试件2和圆筒面1之间的胶粘结构的失效特性，则可令弧面试件2自身的层间树脂面外拉伸失效载荷小于任一所述弧面试件2与所述圆筒面1二者间的胶层面外拉伸失效载荷，此时，根据弧面试件2与圆筒面1二者相互分离时施力器所施加的拉力，可以分析弧面试件2和圆筒面1之间的胶粘结构的失效特性。
35.下面结合附图和实施方式，对本实用新型所提供的用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装做更进一步的说明。
36.本实用新型的工装中，施力器可包括两个间隔相对的夹头，例如上下间隔分布的上夹头和下夹头。施力器连接圆筒面1、弧面试件2及其翅片22时，施力器的上夹头和下夹头分别夹持弧面试件2的两个翅片22。
37.因施力器向两个弧面试件2和圆筒面1所施加的拉力等大反向，因此，两个弧面试件2和圆筒面1只承受拉力而不承受弯矩。
38.进一步地，翅片22和与翅片22连接的夹头之间设有夹持连接件。夹持连接件的一端与翅片22固定连接、另一端用以供夹头夹持固定，方便夹头牢固可靠地连接施力器和翅片22。
39.示例性的，针对任意一个夹持连接件而言，可包括两个t型粘接片3。两个t型粘接片3的横向端面32分别胶粘于同一翅片22的两侧表面，且前述两个t型粘接片3的纵向杆体31沿同一平面分布，也就是说，设于同一翅片22的两侧的两个t型粘接片3以该翅片22所在平面为对称面对称分布。
40.针对上述示例而言，为了确保施力器和翅片22的连接强度，任一横向端面32和翅片22之间的胶层的剪切强度大于弧面试件2的剪切破坏强度，以避免t型粘接片3在弧面试件2破坏前首先破坏。
41.进一步地，任意一个夹持连接件还包括用以设于两个t型粘接片3之间的垫片；垫片与t型粘接片3的横向端面32的尺寸一致，在两个t型粘接片3对称胶粘于翅片22的两侧表面时，垫片被夹持于两个t型粘接片3之间。
42.其中，上述t型粘接片3可设置为金属粘贴片或者复合材料粘贴片。
43.至于圆筒面1，具体可设置为碳纤维圆管或碳纤维圆柱。因圆筒面1的横截面刚度影响圆筒面1与弧面试件2之间的胶粘结构的面外拉伸失效载荷值，因此，可通过增加和减少圆筒面1的壁厚来调整圆筒面1的横截面刚度，实现圆筒面1与弧面试件2之间的胶粘结构的胶层面外拉伸失效载荷或大于或小于弧面试件2自身的层间树脂面外拉伸失效载荷。
44.至于如何通过调整圆筒面1的横截面刚度实现圆筒面1与弧面试件2之间的胶粘结构的胶层面外拉伸失效载荷或大于或小于弧面试件2自身的层间树脂面外拉伸失效载荷，可以按照以下步骤进行：
45.一、将两个t型构件的横向端面32相对分布且胶粘固定，拉伸并记载两个t型构件自二者之间的胶粘面相互分离时的最大拉力值；
46.二、根据前述最大拉力值和两个横向端面32之间的胶粘面面积计算两个t型构件之间的胶粘面的面外拉伸极限强度；
47.三、以前述面外拉伸极限强度和两个t型构件的结构参数建立有限元仿真模拟，得到胶层的最大等效应力和最大等效应变；其中，胶层由两个t型构件之间的第二胶粘面采用有限元仿真面单元建构；
48.四、以弧面试件2、圆筒面1和设于二者之间的第一胶粘面的结构参数建立有限元仿真模拟，以最大等效应力和最大等效应变作为胶粘层的失效判断依据，得到胶粘层的最大应变值小于破坏应变值时圆筒面1的第一截面刚度，和/或，得到胶粘层的最大应变值大于破坏应变值时圆筒面1的第二截面刚度；其中，胶粘层由第一胶粘面采用有限元仿真面单元建构。
49.其中，上述步骤三所涉及的第二胶粘面和上述步骤四所涉及的第一胶粘面均未用
同一种类的胶黏剂固化成型，因此具有相同或几何相同的胶粘特性。因此，本实用新型利用第二胶粘面采用有限元仿真面单元构建得到的胶层进行分析，得到胶层的最大等效应力和最大等效应变，再以这一最大等效应力和最大等效应变作为判断由第一胶粘面采用有限元仿真面单元建构得到的胶粘层的失效判断依据。
50.基于上述步骤，将弧面试件2胶粘于具有第一截面刚度的圆筒面1时，该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装可用于分析弧面试件2的层间树脂的失效特性；将弧面试件2胶粘于具有第二截面刚度的圆筒面1时，该用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装可用于分析弧面试件2和圆筒面1之间的胶粘结构的失效特性。
51.需要说明的是，本文所称的“胶层”、“胶粘层”、“第一胶粘面”、“第二胶粘面”以及各个胶粘结构，其可以指不具有厚度的平面，也可以指具有一定厚度的面状立体结构。通常，针对胶黏剂所实际形成的“第一胶粘面”、“第二胶粘面”以及各个胶粘结构而言，多指后者；针对采用有限元仿真单元构建而成的“胶层”、“胶粘层”而言，既可以是前者，例如上文中记载“胶层由第二胶粘面采用有限元仿真面单元建构”；也可以是后者，例如前述胶层也可以由第二胶粘面采用有限元仿真体单元建构。
52.以上对本实用新型所提供的用于弧面复合材料面外拉伸失效测试的工装进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。