一种用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置

技术领域

本发明涉及复合材料压缩试验技术领域，尤其是涉及一种用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置。

背景技术

复合材料因其较高的比强度和比刚度，在航空领域的应用日渐广泛。但传统的热固性复合材料在受到冲击载荷后，材料强度下降明显，因此近些年，热塑性复合材料因其较好的抗冲击性备受关注。

复合材料的抗冲击性可以通过材料受到冲击后剩余压缩强度试验测得。而目前传统的复合材料冲后压试验方法(如：ASTM D7137)是针对厚度为4到6毫米的热固性复合材料层压板设计的，当运用到较薄的热塑性复合材料层压板的冲后压试验时，常常会出现试验件在上自由端(非冲击损伤区域)先发生屈曲破坏的现象，导致材料的冲击后剩余压缩强度无法得到。分析原因如下：

1、相比于热固性复合材料，热塑性复合材料具有更高的压缩强度，且其抗冲击性较好。因此，当材料的冲击损伤较小时，其压缩强度下降的并不多，可能依然高于层压板的某阶屈曲载荷，那么在该材料的冲后压试验中，就极易提前发生屈曲破坏而不是压缩破坏。

2、在航空材料的运用领域，减重一直是一个重要的目标，因此航空器上的复合材料层压板一般都以较薄的形式(1.5-2mm)出现，这也就意味着按照传统的冲后压试验要求得到的材料冲击后剩余压缩强度值在实际结构中是不可用的(因冲后压的损伤模式与材料的厚度有很强的相关性)。

以上两个原因导致了传统的冲击后压缩试验方法无法得到实际想要的材料强度值，因此需要重新设计试验设备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置，该试验装置能够在不改变试验件冲击后损伤表面的情况下，防止试验过程中提早出现屈曲破坏并得到所需的冲击后剩余压缩强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置，该装置可运用至较薄的热塑性复合材料层压板冲击后压缩试验的试验装置，并可结合在实验室常见的万能试验机使用。该试验装置采用上下分离并完全相同的对称设置的两部分，每一部分包括底座，分别设于底座两端的联接件和挡板部，所述挡板部夹取热塑性复合材料试件，两个试件夹取部的联接件在实际操作时以顶部联接件和底部联接件的形式与万能试验机联接。

所述挡板部包括可拆卸连接在底座上的侧基座、用以对限制热塑性复合材料试件面外位移的防屈曲板以及与所述侧基座可拆卸连接的用以夹紧热塑性复合材料试件的内侧挡板，两个侧基座对称设于底座的两侧，两块所述防屈曲板设于底座中央，并分别设于底座的前端、后端。

所述防屈曲板包括水平连接板及设于水平连接板上的两块留有间距的垂直接触板，两块垂直接触板对应的表面为圆弧面，两块垂直接触板对应的表面夹住热塑性复合材料试件，并与热塑性复合材料试件实现线接触。

所述底座上设有凸起安装板，所述凸起安装板上设有第一螺纹定位孔，所述水平连接板上设有第一圆形预制凹槽，螺钉通过第一螺纹定位孔顶在第一圆形预制凹槽上实现防屈曲板的移动，直至两块防屈曲板夹住热塑性复合材料试件。

所述侧基座为L型板状结构，所述侧基座的水平板上设有用以固定在底座上的定位安装孔，所述侧基座的竖直板为向内凹进结构，该凹进板的两侧设有用以连接内侧挡板，并将内侧挡板安装在竖直板内部的挡板安装孔。

所述底座上设有多个用以安装侧基座的第二螺纹定位孔。

所述内侧挡板的侧壁设有第二圆形预制凹槽，螺钉通过所述挡板安装孔顶在第二圆形预制凹槽上实现内侧挡板的移动，直至两个侧基座的内侧挡板共同夹住热塑性复合材料试件。

进一步地，所述侧基座上设有用以保证热塑性复合材料试件对中的侧基座中线。

进一步地，该试验装置的工作最大载荷为100KN。

进一步地，所述试件夹取部的各部件采用45号钢。

本发明的试验装置通过上、下设置的联接件安装在万能试验机上；联接件与底座通过螺纹连接；侧基座与底座通过螺栓连接，可根据试件的实际宽度对侧基座进行定位；侧基座内设有内侧挡板，通过螺栓定位，按照试件实际厚度将其夹紧，且侧基座上标有中线，可保证试件对中；防屈曲板与底座根据试件厚度，通过螺栓定位连接。

本发明提供的用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明采用上下分离的加载体系，保证了试件的自由端处于其受冲击后产生损伤的区域；

2)防屈曲板与试件的接触面倒了圆角，使得防屈曲板与试件为线接触，工装时，防屈曲板只起到限制位移作用，而非夹紧，进而使试件受到的与其面外方向的接触力几乎为零，保证了不改变试件冲击后留下的损伤区域，降低了防屈曲板对试验结果的影响；

3)本发明试验装置设备构造简单，便于维护，能够方便的完成试验目标；

4)本发明通过将上、下两个完全相同的部分的联接件在实际操作时以顶部联接件和底部联接件的形式与万能试验机联接，可大大降低试验成本。

附图说明

图1为实施例中用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置的结构示意图；

图2为实施例中底座与挡板部分的细节结构图。

图中标号所示：

1、联接件，2、底座，3、侧基座，4、侧基座中线，5、防屈曲板，6、内侧挡板，21、凸起安装板，22、第一螺纹定位孔，23、第二螺纹定位孔，31、定位安装孔，32、挡板安装孔，51、水平连接板，52、第一圆形预制凹槽，53、垂直接触板，61、第二圆形预制凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明涉及一种用于热塑性复合材料薄板冲击后压缩试验的试验装置，该装置主要由上、下两个分离且完全相同的部分组成。两个部分在实际工作时上、下对称设置。每一个部分分别包括联接件1、底座2和挡板部分，挡板部分包括侧基座3、内侧挡板6与防屈曲板5。上、下两个完全相同的部分的联接件1在实际操作时以顶部联接件和底部联接件的形式与万能试验机联接。

本实施例以位于上方的部分进行说明。如图1所示，联接件1设于底座2的顶部，并与底座2通过螺纹连接，用于联接万能试验机。两块防屈曲板5与底座2的底部连接，并分别设于底座2底部的前端、后端，每一块防屈曲板5设置在底座2的底部中间位置。本发明的联接件1的具体结构与万能试验机的连接处相匹配，即根据与万能试验机的连接机制设计。

底座2上设有多个螺纹定位孔，用以保证其与各挡板的连接。如图2所示，底座2为矩形块状结构，且底座2的底部的前端和后端分别对称设有凸起安装板21，凸起安装板上设有第一螺纹定位孔22。本发明的防屈曲板5包括水平连接板51和设于水平连接板51上的两块垂直接触板53，两块垂直接触板53的形状、大小相同，且二者之前具有一定的间距，两块垂直接触板53对应的表面为圆弧面，两块垂直接触板53对应的表面用于夹住试件，通过圆弧面的设计使得垂直接触板53与试件的接触面倒了圆角，进而使得试件与垂直接触板53为线接触。防屈曲板5的水平连接板51设有第一圆形预制凹槽52，螺钉通过第一螺纹定位孔22顶在第一圆形预制凹槽52上可实现防屈曲板5的移动，直至两块防屈曲板5夹住试件。即防屈曲板5根据试件厚度，通过螺钉与第一螺纹定位孔22、第一圆形预制凹槽52的配合关系实现位置可调节的定位连接。

侧基座3为L型板状结构，其水平板上设有用以固定在底座2上的定位安装孔31，其竖直板为向内凹进结构，该凹进板的两侧设有挡板安装孔32，用以连接内侧挡板6，并将内侧挡板6安装在竖直板内部。

底座2的底部平面上设有多个第二螺纹定位孔23。两个侧基座3分别设置在底座2底部的两侧，即防屈曲板5的两侧，两个侧基座3的内侧挡板6对应设置，侧基座3可根据试件的实际宽度，利用螺栓、第二螺纹定位孔23的关系对侧基座3在底座2上的位置进行定位。内侧挡板6的侧壁设有第二圆形预制凹槽61，螺钉通过挡板安装孔32顶在第二圆形预制凹槽61上可实现内侧挡板6的移动，直至两个侧基座3的内侧挡板6共同夹住试件。即通过螺钉、挡板安装孔32、第二圆形预制凹槽61的配合关系可调节定位在底座2的底部上，可按照试件实际厚度，结合防屈曲板5将其夹紧，即利用两块防屈曲板5稍稍夹住试件，利用内侧挡板6将试件夹紧。本发明的侧基座3上还标有侧基座中线4，用于保证试件对中。具体地，侧基座中线4标在侧基座3的竖直板的底部中央位置处。

在利用本发明试验装置进行试验前，首先将上下联接件分别固定在实验室的万能加载试验机上，然后将贴好应变片的试验件用内侧挡板和防屈曲板加紧，夹紧力不需太大，内侧挡板和防屈曲板起到限制试件面外位移的作用，打开试验机进行加载，获得试验数据。

在本实施例中，作为优选方案，上述各试验设备的工作最大载荷为100KN。上述结构的材料可采用45号钢。

本发明试验装置采用上下分离的加载体系，保证了试件的自由端处于其受冲击后产生损伤的区域；防屈曲板与试件的接触面倒了圆角，使得防屈曲板与试件为线接触，工装时，防屈曲板只是稍稍夹住试样，只起到限制位移作用，而不是夹紧，进而使试件受到的与其面外方向的接触力几乎为零，防屈曲板只起到限制试件面外位移的作用，保证了不改变试件冲击后留下的损伤区域，降低了防屈曲板对试验结果的影响。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。