一种复合材料面外疲劳试验的加载装置

技术领域

本发明属于复合材料试样级疲劳试验装置领域，涉及到复合材料面外疲劳载荷的施加。

背景技术

碳纤维复合材料因其具有高比强度，比模量的特点，如今广泛应用于各个工程领域。和金属结构件类似，疲劳损伤破坏是复合材料结构件的主要失效形式之一。目前关于纤维增强复合材料层压板和夹层结构面内疲劳特性的研究较多，有大量的理论和试验经验，但针对面外(沿厚度方向)载荷疲劳试验的相关经验及相关标准都是不足的。

现有技术中，一种是面外压-微拉疲劳试验，采用4个压缩弹簧的试验台，但是这种试验方法和试验夹具基本还是以压缩疲劳为主，并不能实现完整的拉-压疲劳。另一种，通过对L型碳纤维增强复合材料单向板试验件进行四点弯曲疲劳试验的方法，得到了碳纤维复合材料单向板的面外疲劳强度，但是其夹具只能进行压-压疲劳载荷的施加，不能进行拉-压疲劳载荷的施加。

发明内容

本发明的目的：提出一种复合材料面外疲劳试验的加载装置，解决复合材料平板型试样(层压板和夹层结构)在承受面外拉压疲劳载荷时的载荷施加问题，能够进行拉-压疲劳载荷的施加。

本发明以复合材料平板型层压板和夹层结构为主要研究对象，在四点弯曲试验夹具的基础上做出了相应的改进，使其可以同时进行拉-压载荷的施加，使其应力比R可以达到-1，使用本发明所涉及的装置及方法可以得到完整的面外疲劳强度。

本发明的技术方案：提供一种复合材料面外疲劳试验的加载装置，所述加载装置包括加载组件和支撑组件；所述加载组件包括两个夹持单元，所述两个夹持单元分别夹持复合材料试验件的两端；所述两个夹持单元均通过加载端与疲劳试验机上夹头连接；

所述支撑组件包括两个支撑单元，所述两个支撑单元分别夹持复合材料试验件的端部，且两个支撑单元位于所述两个夹持单元远离复合材料试验件中部的一侧；所述两个支撑单元通过支撑端与疲劳试验机的下夹头连接。

可选地，所述夹持单元包括第一活动加载板30和第一固定加载板40；所述第一活动加载板30的两端与所述第一固定加载板40的两端对应分别通过螺栓连接；所述第一活动加载板30通过加载端与疲劳试验机上夹头连接。

可选地，所述夹持单元还包括第一L型角片70；第一活动加载板30两端连接的两个第一L型角片70与第一固定加载板40两端连接的两个第一L型角片70通过螺栓连接。

可选地，所述第一活动加载板30下端设置有凸台，第一固定加载板40上端设置有凹槽；在试验加载过程中，第一固定加载板40的凹槽和第一活动加载板30的凸台之间夹持复合材料试验件，且凸台可在凹槽内位移。

可选地，所述加载端包括固定连接的第一固定底板20和第一连接杆10；第一活动加载板30的上端与第一固定底板20固定连接，第一连接杆10与疲劳试验机上夹头连接。

可选地，所述支撑单元包括第二活动加载板31和第二固定加载板41；第二活动加载板31和第二固定加载板41的两端对应分别通过螺栓连接；所述第二固定加载板41通过支撑端与疲劳试验机的下夹头连接。

可选地，所述支撑单元还包括第二L型角片71和限位块5；螺栓8与限位块5配合，用于连接第二活动加载板31两端固定连接的两个第二L型角片71与第二固定加载板41两端固定连接的两个第二L型角片71。

可选地，所述支撑单元还包括限位挡板6；第二固定加载板41与限位挡板6固定连接，限位挡板6位于复合材料试验件的端面，用于加载过程中对复合材料试验件进行限位。

可选地，第二活动加载板31下端设置有凹槽，第二固定加载板41上端设置有凸台；在试验加载过程中，第二活动加载板31下端的凹槽和第二固定加载板41上端的凸台之间夹持复合材料试验件。

可选地，所述支撑端包括固定连接的第二固定底板21和第二连接杆11；第二固定加载板41的下端与第二固定底板21固定连接，第二连接杆11与疲劳试验机下夹头连接。

本发明的技术效果：

可以同时进行拉-压载荷的施加，解决了传统只能进行压载或者微拉载荷的弊端，实现了真正的拉-压载荷同时施加，使其应力比R可以达到-1。

加载跨距与支撑跨距比可调，实现加载跨距与支撑跨距比可调，如具有1:2和1:3两种比例，也是此类试验最常用的两种比例。

在装置上设置了挡板，可实现自动对中，减少传统四点弯曲夹具所面临的对中问题。

不同厚度、宽度、长度的试样均能使用本装置；通过更改限位块、加载块的大小、固定底板的长短，可以实现对不同厚度、宽度、长度的试样的面外疲劳载荷施加。

稳定性好，加载频率高：本装置稳定性好，可以实现加载频率达到5HZ，大大的提高了试验速度，降低了试验的周期。

附图说明

图1是加载装置等轴侧视图；

图2是加载块组合图。

具体实施方式

实施例1

本实施例，提供一种复合材料面外疲劳试验的加载装置，所述加载装置包括加载组件和支撑组件；所述加载组件包括两个夹持单元，所述两个夹持单元分别夹持复合材料试验件的两端；所述两个夹持单元均通过加载端与疲劳试验机上夹头连接；

所述支撑组件包括两个支撑单元，所述两个支撑单元分别夹持复合材料试验件的端部，且两个支撑单元位于所述两个夹持单元远离复合材料试验件中部的一侧；所述两个支撑单元通过支撑端与疲劳试验机的下夹头连接。

结合图1和图2所示，各构成单元，具体描述如下：

夹持单元包括第一活动加载板30和第一固定加载板40；所述第一活动加载板30的两端与所述第一固定加载板40的两端对应分别通过螺栓连接；所述第一活动加载板30通过加载端与疲劳试验机上夹头连接。进一步，还包括第一L型角片70；第一活动加载板30两端连接的两个第一L型角片70与第一固定加载板40两端连接的两个第一L型角片70通过螺栓连接。加载端包括固定连接的第一固定底板20和第一连接杆10；第一活动加载板30的上端与第一固定底板20固定连接，第一连接杆10与疲劳试验机上夹头连接。可根据加载跨距与支撑跨距比，将第一活动加载板30安装于第一固定底板20上的不同孔位，并将第一连接杆10与疲劳试验机连接。第一连接杆10的法兰端面进行锁紧保证安装的紧固。

本实施例，第一活动加载板30下端设置有凸台，第一固定加载板40上端设置有凹槽；在试验加载过程中，第一固定加载板40的凹槽和第一活动加载板30的凸台之间夹持复合材料试验件，且凸台可在凹槽内位移。

支撑单元包括第二活动加载板31和第二固定加载板41；第二活动加载板31和第二固定加载板41的两端对应分别通过螺栓连接；所述第二固定加载板41通过支撑端与疲劳试验机的下夹头连接。进一步，还包括第二L型角片71和限位块5；螺栓8与限位块5配合，用于连接第二活动加载板31两端固定连接的两个第二L型角片71与第二固定加载板41两端固定连接的两个第二L型角片71。具体配合方式可为：螺栓8穿过限位块5，并与螺栓两端的两个第二L型角片71连接。

支撑端包括固定连接的第二固定底板21和第二连接杆11；第二固定加载板41的下端与第二固定底板21固定连接，第二连接杆11与疲劳试验机下夹头连接。

此外，第二固定加载板41与限位挡板6固定连接，限位挡板6位于复合材料试验件的端面，用于加载过程中对复合材料试验件进行限位。

本实施例，在试验加载过程中，第二活动加载板31下端的凹槽和第二固定加载板41上端的凸台之间夹持复合材料试验件。第二活动加载板31相对第一活动加载板30而言，更靠近复合材料试验件的端部，即二活动加载板31位于第一活动加载板30远离复合材料试验件中部的一侧。

本实施例提供的加载装置已成功的应用在复合材料层压板和夹层结构的面外疲劳强度的测试中，并且可以适用于有冲击损伤的试验件，试验加载频率可以达到5HZ，极大的提高了试验的速度，降低了试验周期。该装置在金属板材的四点弯曲静力、疲劳试验中得到了验证，极大的提高了对中度的准确性和试验的精度。该装置在上述各类试验中，验证了各种典型连接件的承载能力和加载的稳定性。