[发明专利]一种单丝纤维压缩性能的测量方法及其装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及材料科学，具体说就是一种单丝纤维压缩性能的测量方法及其装置。

(二)背景技术

随着纤维增强复合材料的广泛应用，人们在认识纤维性能的影响因素方面进行了深入探索，主要研究如何改善碳纤维的拉伸性能，结果是某些纤维的拉伸强度大幅度提高并超出以前采用“最弱环节”理论所推断的预测值。然而，仍存在限制纤维复合材料广泛应用的一个主要障碍，即相对于好的拉伸性能来说其压缩性能太差。实质上，在压缩形变和压缩断裂机制方面过去很少引起人们的关注。因此如何评价纤维单丝的轴向压缩性能在复合材料性能评价参数中有着重要的意义。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种测量精度高、稳定性能好、纤维压缩性能评价可靠的单丝纤维压缩性能的测量方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：所述的单丝纤维压缩性能的测量装置，它是由位移控制器、位移加载台、单丝纤维、应变梁、数据采集系统和数字解调系统组成的，位移控制器连接位移加载台，位移加载台连接单丝纤维，单丝纤维连接应变梁，应变梁连接数据采集系统，数据采集系统连接数字解调系统。

所述的单丝纤维压缩性能的测量方法，步骤如下：

步骤一：实验样件制作：在透明的薄玻璃片上制作一个凹槽做为单丝纤维控制观察平台和固定平台，在单丝纤维的尾部连接微移动尺对单丝纤维伸出台面长度实行控制，整体操作过程在2000倍的显微镜下进行，并通过显微镜的测量系统对要进行压缩的单丝纤维长度进行测量；

步骤二：载荷测量：主要包括驱动装置和应变测量装置，其中驱动装置由AH-SC3电动位移台运动控软件和AH-STA05超薄型电动平移台组成，应变测量装置由移动尺和微小悬臂梁组成，悬臂梁采用的材料是不锈钢片，其尺寸：长、宽、厚度为L＝56.2mm a＝10mmb＝0.3mm，单丝纤维固定在超薄型电动平移台最前端，通过移动尺调整单丝纤维与加载梁的位置，单丝纤维所受压缩载荷是通过弯曲承载结构悬臂梁传递给传感器，单丝纤维通过微位移加载台对金属梁施加载荷，通过应变片记录悬臂梁的变形情况直到纤维被压断，进而间接计算出单丝纤维整个压缩过程所受到的力及压缩强度。

本发明一种单丝纤维压缩性能的测量方法及其装置，采用在悬臂梁根部粘贴应变片的方法来放大纤维承受的载荷应变。解决了微米级纤维所能承受微小压缩力不宜识别的主要技术问题，金属应变片传感器技术成熟，具有灵敏度高、重量轻、便于与计算机连接、解调技术成熟等优点。采用位移连续微加载平台驱动纤维单丝向悬臂梁施加载荷。整体系统测量精度高，稳定性能好，纤维压缩性能评价可靠。

(四)附图说明

图1为本发明的压缩时间与压缩应力变化曲线图；

图2为本发明的数据采集系统实时监测图；

图3为本发明的位移控制系统造作界面；

图4为本发明的悬臂梁受力图；

图5为本发明的截面受力图；

图6为本发明的纤维单丝压缩系统示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：结合图6，本发明一种单丝纤维压缩性能的测量方法及其装置，所述的单丝纤维压缩性能的测量装置，是由位移控制器、位移加载台、单丝纤维、应变梁、数据采集系统和数字解调系统组成的，位移控制器连接位移加载台，位移加载台连接单丝纤维，单丝纤维连接应变梁，应变梁连接数据采集系统，数据采集系统连接数字解调系统。

所述的单丝纤维压缩性能的测量方法，步骤如下：

步骤一：实验样件制作：在透明的薄玻璃片上制作一个凹槽做为单丝纤维控制观察平台和固定平台，在单丝纤维的尾部连接微移动尺对单丝纤维伸出台面长度实行控制，整体操作过程在2000倍的显微镜下进行，并通过显微镜的测量系统对要进行压缩的单丝纤维长度进行测量；

步骤二：载荷测量：主要包括驱动装置和应变测量装置，其中驱动装置由AH-SC3电动位移台运动控软件和AH-STA05超薄型电动平移台组成，应变测量装置由移动尺和微小悬臂梁组成，悬臂梁采用的材料是不锈钢片，其尺寸：长、宽、厚度为L＝56.2mm a＝10mmb＝0.3mm，单丝纤维固定在超薄型电动平移台最前端，通过移动尺调整单丝纤维与加载梁的位置，单丝纤维所受压缩载荷是通过弯曲承载结构悬臂梁传递给传感器，单丝纤维通过微位移加载台对金属梁施加载荷，通过应变片记录悬臂梁的变形情况直到纤维被压断，进而间接计算出单丝纤维整个压缩过程所受到的力及压缩强度。