复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测系统

本发明涉及一种形材受压形变性能监测装置，特别是涉及一种复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测系统。

背景技术：

1、文献号为cn115575251a的一种长期压缩蠕变试验装置及方法，其中长期压缩蠕变试验装置是千分表支撑单元及加载单元，所述加载单元设置于所述千分表支撑单元内；所述千分表支撑单元包括底座、支撑螺杆支架、千分表支撑平台及千分表底座，所述底座上固定连接所述支撑螺杆支架，所述支撑螺杆支架上通过调位螺母安装所述千分表支撑平台，所述千分表支撑平台上安装有千分表底座，所述千分表底座内安装数显千分表，所述底座上固定安装有滚珠导轨。所述加载单元包括测量平台、砝码载荷、载荷支撑架、负载平台、压杆、压杆保护套及导柱，所述滚珠导轨内滑动设置有导柱，所述底座中心处平面内固定安装压杆保护套，所述压杆保护套内放置试样，所述导柱上端固定连接安装负载平台，所述负载平台的下表面上固定悬挂安装压杆，所述压杆可在压杆保护套内上下滑动，所述负载平台、压杆、压杆保护套及底座中心点在同一直线上；所述负载平台上放置砝码载荷，所述负载平台上固定安装有载荷支撑架，所述载荷支撑架上端固定安装测量平台，所述数显千分表下端的千分表顶针与测量平台接触。而且，所述支撑螺杆支架的个数为三个，且沿所述底座的中心处径向均匀分布；所述载荷支撑架的个数为三个，且沿所述负载平台的中心处径向均匀分布；所述滚珠导轨的个数为三个，且沿所述底座的中心处径向均匀分布。

2、而且，所述压杆过盈配合固定于所述负载平台下表面设置的凹槽内，所述压杆保护套过盈配合固定于所述底座上表面设置的凹槽内。而且，每个所述支撑螺杆支架上调位螺母的个数为两个，且分别固定于所述千分表支撑平台的上、下两端。而且，所述千分表支撑平台、千分表顶针底面及测量平台相互平行。而且，所述负载平台上表面对应所述载荷砝码设置有凹槽。而且，所述负载平台、压杆和试样的接触面、测量平台相互平行。

3、其中长期压缩蠕变试验方法，所述方法的步骤为：1)试验前准备：使用拉力器将加载单元提起使其悬空，然后缓慢下放使压杆完全接触压杆保护套底部，反复多次测试保证下放不受阻力；调节负载平台与压杆为过盈配合，且保证压杆下端面平整光滑无划痕；对数显千分表进行调节测试，反复测量多次位移量程，直至数值稳定；2)试样放置：将试样放入压杆保护套中，利用支柱结构将加载单元支撑并对中将压杆嵌入压杆保护套内，此时压杆下端未与试样表面接触；3)千分表调零：调节调位螺母使千分表支撑平台保持水平，并将数显千分表调零且将千分表顶针与测量平台接触，数显千分表外接数据线并开始记录数据；4)加载试验：撤去支柱结构并利用拉力器恒定速度平稳下放加载单元直至试样的上表面与压杆下端接触，此时数显千分表的示数为初始读数a，撤去拉力器使载荷完全作用于试样，进行蠕变试验，蠕变时间结束后，数显千分表的实时数据为b(t)，则b(t)减去初始读数a即为试样的蠕变量。

4、本发明的优点和有益效果为：1、本发明结构简单，操作方便，在进行试样装卸时只需将试样置于压杆保护套中，压杆对准压杆保护套即可实现载荷对试样进行精确定位对中。2、本发明的滚柱导轨以保证水平加载并提高对中性，能够保证多次重复装配精度不变，保证试样轴线与试样受力方向重合，改善了试样受力情况。3、本发明的试样外围压杆保护套降低了试样在蠕变试验的过程中发生失稳和弯曲的可能，提高了压缩蠕变试验的可行性，降低了废品率及实验成本，确保了试样不受损以开展后续实验。4、本发明的数显千分表读数稳定，且可将数据自动导出避免人为读数的误差因素，节省人力，保证了蠕变实验数据的精确性，节省时间，提高长期压缩蠕变试验装置的适用性。5、本发明支撑螺杆支架的个数为三个，且沿所述底座的中心处径向均匀分布；所述载荷支撑架的个数为三个，且沿所述负载平台的中心处径向均匀分布；所述滚珠导轨的个数为三个，且沿所述底座的中心处径向均匀分布，提高连接稳定性，保证试验过程中测量平台、千分表支撑平台、负载平台的水平，防止试样发生失稳或弯曲，保证试验精确度。6、本发明压杆过盈配合固定于所述负载平台下表面设置的凹槽内，所述压杆保护套过盈配合固定于所述底座上表面设置的凹槽内，保证压杆与负载平台、压杆保护套与底座的紧密稳固连接，保证压杆向下运动与试样接触时的稳定性，防止发生倾斜弯曲影响试验结果。虽然，其具有占用空间小，操作方便，适用于长期蠕变试验测试；且施加砝码载荷外力稳定，试样两端的受力与载荷加载装置产生的压力轴线重合，避免了试样在蠕变的过程中发生失稳和弯曲等问题，保证了蠕变数据的精确性；千分表测试精度度高，可以满足不同类型材料在不同压力下进行长时间的压缩蠕变性能测试的优点。但是，却不适用于复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测。

技术实现思路

1、本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测系统。

2、为实现上述目的，本发明复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测系统，其特别之处在于底板周边向上固设周向均匀分布的三或四根及以上立轴，立轴竖向穿插滑配底座上方的压板，压板中心分别向上固设法码立杆和向下固设下向压头，底板上设置三点弯曲压座，压头与三点弯曲压座之间用于设放受压试件；法码立杆上用于穿设需要数量和质量的法码，其中一根立轴配置或两根直径线上相对立轴共同配置深度千分表的可调支架，固定后的可调支架远端深度千分表的测针向下抵住法码的上面中部或法码立杆顶部。其依靠重力实现恒载的施加，深度千分表记录轴向位移，即挠度，以实现复合材料试样长期蠕变实验并记录长期蠕变形变。本发明：一，通过砝码控制载荷大小，利用重力对试样进行长时间载荷的施加。二，将压头与平板连接，深度千分表特别是数显深度千分表固定在平板的上方，深度千分表特别是数显深度千分表显示下降了多少，即为压头下压的轴向位移，即挠度，进而可计算得到蠕变柔量或应变。三，由于整个仪器不通电，依靠重力完成蠕变实验，所以能够保证仪器长时间无休止的运行，完成足够长时间的蠕变实验。

3、与现有技术相比，显著扩大压板滑轴间距，有利于防止压板的倾斜，从而避免压板倾斜导致的测量误差。压板中心分别向上固设法码立杆和向下固设下向压头有利于将法码下压力集中在下压头上，保障下压精度。采用上一下二的三点挤压式更方便根据需要调节下二点的间距，满足各种压距需要。一根立轴配置深度千分表的可调支架方便调节固定。两根直径线上相对立轴共同配置深度千分表的可调支架则具有非常可靠的固定性能，能通过两端强化固定绝对防止测量过程中的任何松动，做到万无一失。固定后的可调支架远端深度千分表的测针向下抵住法码的上面中部，则方便添加法码。固定后的可调支架远端深度千分表的测针向下抵住法码立杆顶部，则能确保测量精度；虽然不方便添加更多的法码，但是，完全可以通过更换大直径的法码来代替增加法码数量及层数。具有基于重力施加载荷并记录蠕变形变，能够实现仪器长时间无休止的运转，从而科学的进行复合材料的长期弯曲蠕变测试的优点。

4、作为优化，所述三点弯曲压座是底板上固定的滑座上设置间距可调可固定的一对滑动支座，每个滑动支座的上面内侧分别向上设置一个上向抵头，该对滑动支座的两个上向抵头与所述下向压头共同对其中的受压试件进行三点弯曲施压；所述下向压头是压板下面中心向下固装压头衬板，压头衬板下面再向下固装下凸头纵向压板，上向抵头是上凸头纵向抵板。下凸头纵向压板下端设置截面为下凸弧形的凸头，上凸头纵向抵板上端设置截面为上凸弧形的凸头。下或上凸弧形凸头为半圆或半椭圆形或者半圆或半椭圆形切型。凸头纵向压板特别是凸弧形的凸头，更特别是当下或上凸弧形凸头为半圆或半椭圆形或者半圆或半椭圆形切型时，受压试件起初的上下受压线都能够准确确定，也就是起始压线及压线间距都能够准确确定，起初受压线都是纵向压板凸头的凸顶线，非常容易测量计算。虽然受压试件在受压弯曲状态下，两上凸头纵向抵板与受压试件的接触线会向内侧偏移，但是两上凸头纵向抵板与受压试件的接触线之间沿受压试件下表面的下弯路距离始终与起初压线的直线距离不变，因此，不管在任何弯曲阶段，受压试件都能够在非常精准压线距离下进行受压，能够始终保障复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测在高精度下进行。

5、作为优化，横向滑槽滑座的前后槽壁上设置横向均匀间隔分布左右对称的左右组纵向插孔，位于所述滑槽内的所述滑动支座设置有与所述左右组纵向插孔纵向对应的纵向孔，左侧滑动支座的纵向孔与所述左组纵向插孔插配左锁栓，右侧滑动支座的纵向孔与所述右组纵向插孔插配右锁栓，分别进行左右滑动支座位置固定。如此设计，既方便调节滑动支座间距，又能做到牢固固定，保证长期压变中保持距离绝对不变。

6、作为优化，所述法码为多个并列分别设有供法码立杆穿过的中孔的不同直径金属圆盘，这样，能在不增加法码层数的前提下，通过更换直径更大的法码来增加法码质量，更适用于固定后的可调支架远端深度千分表的测针向下抵住法码立杆顶部；压板通过其竖滑孔设置的滑配铜套(也可以是直线轴承)与所述立轴竖向滑配，滑配铜套竖向滑配能在减小滑配阻力的同时，防止压板在受压时的偏移。

7、作为优化，所述法码立杆顶部设有与测针下端对应的凹坑，能防止测针在法码立杆顶部滑动，影响测量精度；所述可调支架是横杆外端设有套配所述立轴的竖孔外座，竖孔外座螺配有用于抵住立轴的外手柄螺杆；横杆内端设有深度千分表的柄套座，柄套座设有供深度千分表的表盘下立柄插入和测针穿过的竖孔，柄套座螺配有用于抵住表盘下立柄的至少一个紧固螺钉，既方便调节，又容易固定。

8、作为优化，三点弯曲压座中部通过可调支架向上配置用于感应受压试件下弯位置或用于感应受压试件中间下压部所配遮光板下行位置的用于启动测量及记录的分体对射型或槽型光电传感器，启动测量及记录的方式包括感应到上前述下弯位置或下行位置信号后分体对射型或槽型光电传感器通过启动具有时钟自记录功能的智能数显深度千分表进行测量记录或者通过启动具有时钟自记录功能的智能相机对机械深度千分表进行拍摄记录。这样，在测量记录间隔很长的长期监测中，设定的测量记录时间点，极难与具有特别意义的特定受压试件下弯特定程度或位置相吻合，从而无法做到特定弯曲监测，而通过设定光电传感器，让光电传感器的感应光束通过将来特定弯曲达到的位置，利用受压试件下弯或其附遮光板下行挡住感应光束，来使光电传感器产生动作信号，从而启动特定弯曲程度或位置的测量及记录，以完成特定弯曲程度或位置的无人值守测量记录。这种特定点的三点弯曲监测，特别适合于复合材料创新研究，例如通过研究其三点弯曲的特定性，来指导复合材料探索性创新研究或改进新复合材料性能研究或更进一步的创新研究。其中分体对射型光电感应器用于感应宽度超过槽型光电传感器的槽宽度时的情况，以适应超宽感应。

9、作为优化，所述深度千分表为数显深度千分表，每隔一定时间测量记录一次挠度，这样不用其它辅助设备，就能定时完成测量记录；或在指令下进行测量显示，这样不用经常性的测量显示，有利于节省电能，减轻设备自身损耗；或者为机械深度千分表，由立轴通过可调支架配置与机械深度千分表并列的全时间显示智能时钟，和通过可调支架配置由智能时钟定时唤醒拍摄数显深度千分表和智能时钟显示的时间的智能相机，这样，机械深度千分表始终处于工作状态，而不需要任何电能器件耗费，另外配置的智能时钟则能防止相机自带时钟出现错误时，而出现的时间误报，而智能相机则仅执行按指令的拍摄功能，则可靠性强；底板向上设置三点弯曲压座，则可操作空间空余。

10、作为优化，在指令下进行测量显示是由立轴通过可调支架配置与数显深度千分表并列，并由立轴通过可调支架配置用于唤醒数显深度千分表进行测量及显示的全时间显示智能时钟，和通过可调支架通过可调支架配置由智能时钟定时唤醒拍摄数显深度千分表和智能时钟显示的时间的智能相机。这样数显深度千分表仅按指令进行测量及显示，可靠性强，智能时钟进行定时唤醒，可靠性更强。

11、作为优化，三点弯曲压座中部通过可调支架向上配置用于感应受压试件下弯位置或用于感应受压试件中间下压部所配遮光板下行位置的分体对射型或槽型光电传感器，感应到上前述下弯位置或下行位置信号后分体对射型或槽型光电传感器通过具有时钟自记录功能的智能数显千分表进行测量记录，非常方便地对特定弯曲点进行监测；或者通过智能时钟唤醒智能相机对机械深度千分表和和智能时钟显示的时间进行拍摄记录，相对于数显深度千分表既能始终处于测量状态，又不会受任何干扰。这样，在测量记录间隔很长的长期监测中，设定的测量记录时间点，极难与具有特别意义的特定受压试件下弯特定程度或位置相吻合，从而无法做到特定弯曲监测，而通过设定光电传感器，让光电传感器的感应光束通过将来特定弯曲达到的位置，利用受压试件下弯或遮光板下行挡住感应光束，来使光电传感器产生动作信号，从而启动特定弯曲程度或位置的测量及记录，以完成特定弯曲程度或位置的无人值守测量记录。这种特定点的三点弯曲监测，特别适合于复合材料创新研究，例如通过研究其三点弯曲的特定性，来指导复合材料探索性创新研究或改进新复合材料性能研究或更进一步的创新研究。其中分体对射型光电感应器用于感应宽度超过槽型光电传感器的槽宽度时的情况，以适应超宽感应。

12、作为优化，智能数显深度千分表或者智能相机直接或间接电连用于测量记录或拍摄后上传到智能终端的无线通讯模块。这样测量记录或拍摄后能够通过无线通讯方式上传智能终端，测试人员及时撑握复合材料长期中的三点弯曲变化情况，从而有利于根据需要及时处理。

13、在本发明系统上实现的蠕变实验所需设置的两个关键参数分别是对施加在试样上的载荷大小、和蠕变实验时长，所需获得的实验参数是试样的形变量。试样的形变量通过固定在可调支架上的数显深度千分表完成，深度千分表所显示的数值即为试样的挠度，每隔固定时间，如12h记录一次挠度，通过挠度可以计算得到蠕变柔量。基于此即可得到长期三点弯曲蠕变数据。此外蠕变实验经常需要研究温度对蠕变性能的影响，因此本发明尺寸特依照常规恒温箱尺寸大小，将仪器尺寸设置在能放入恒温箱内的大小，有关温度的蠕变实验同样可通过此发明系统放入恒温箱中进行实验。

14、采用上述技术方案后，本发明复合材料三点弯曲长期蠕变性能监测系统具有基于重力施加载荷并记录蠕变形变，能够实现仪器长时间无休止的运转，从而科学的进行复合材料的长期弯曲蠕变测试的优点。