[发明专利]一种用于测试纤维复合材料层间剪切强度的设备与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试设备，特别涉及一种用于测试纤维复合材料层间剪切强度的设备与方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有高比强度和比模量，近年来在各种工程领域有广泛地应用。纤维增强树脂基复合材料的力学性能，主要取决于树脂基体、增强纤维及其界面的粘结性能；同时，复合材料的界面粘结性能是最薄弱环节，容易被环境侵蚀，导致其耐久性能退化。

纤维增强树脂基复合材料层间剪切性能的方法主要有短梁剪切测试方法、V型槽短梁法、品字梁法和双缺口试件压缩测试等方法，但上述方法均各有利弊。如短梁剪切测试方法虽较简单，但在短梁试验中常常发生弯曲破坏，甚至会发生拉伸、压缩、剪切等复杂的破坏形式，导致测试结果不能准确反映复合材料的界面粘结性能；而V型槽短梁法试验夹具较复杂，对加载头的位置精度要求较高，试验耗时耗材，且试件制作复杂；品字梁剪切试件方法，夹具复杂，对试件加工精度要求高，测试费时费料；双缺口试件压缩测试方法的试件的加工精度要求极高，由于双切口前缘在实际中不可能在同一层间平面，所以测试数据是多个层间的最弱层间性能，而且容易出现层间剪切和拉压混合破坏模式，难以得到被指定层间的层间剪切性能。

因此，如何有更好的方法和设备来表征单向纤维增强树脂复合材料的界面的粘结性能，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测试纤维复合材料层间剪切强度的设备与方法。

本发明所提供的设备是通过以下技术方案实现的：一种用于测试纤维复合材料层间剪切强度的设备，包括底座、外框架、下垫板、紧固螺栓、上垫块、压头、支撑架、轴承和试件，外框架与底座上表面的左端固定连接，支撑架与底座上表面的右端固定连接，压头通过轴承与支撑架铰接，外框架的侧面设有矩形口槽，用于限制上垫块的水平运动，矩形口槽底边的高度低于轴承的中心，外框架的内侧底面向下开有凹槽，用于固定下垫板，试件的上表面与轴承的中心在同一水平面上，外框架的顶部设有紧固螺栓，外框架内设有上垫块和下垫板，试件通过紧固螺栓固定在上垫块和下垫板之间，上垫块两边突起部分的宽度与矩形口槽的宽度相同，使得上垫块只能沿竖直方向运动，外框架、下垫板及上垫块靠近支撑架7方向的一面均在同一个竖直平面内。

本发明还具有如下特征：

所述的向试件施加向下压力的压头的下表面与轴承的中心在同一水平面上；当压头的下表面处于水平位置时，压头的下边缘与上垫块的上边缘之间的空隙小于0.1mm，保证试件在指定的竖直平面内发生剪切破坏；压头靠近外框架的一面有倾斜度，保证压头在向下运行的过程中不接触外框架，压头的上表面设有一个突起。

本发明所提供的用于测试纤维复合材料层间剪切强度的方法包括以下步骤：

1)试件准备：将圆柱或矩形单向纤维增强树脂复合材料试件的两边垂直于纤维方向各切下一块，保证两个切面平行；

2)试件安装：选择对应高度的下垫板，试件放在下垫板上，盖上上垫块，调整试件的位置，使其指定的剪切面恰好处于上垫块边缘，并拧紧紧固螺栓，固定试件，并确定试件的高度与轴承中心在同一水平面；

3)试件测试：并将此测试设备放在万能试验机的底座上，调整设备的水平位置使压头的凸起部分处于万能试验机的受力中心，利用万能试验机向压头的凸起部分施加压力，并记录荷载-位移曲线，试件破坏后，停止试验；

4)数据分析：试件的层间剪切强度等于最大荷载除以试件剪切面的宽度与高度乘积。

本发明可以保证试件在指定的被测层间发生破坏。此方法适合于各种单向纤维增强树脂基复合材料的界面剪切强度的测量，通过调整下垫板的高度，可以测得不同高度的试件的界面剪切强度。本发明所提供的设备与方法对试件的制作要求低，操作简单，成功率高。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为外框架部分的右立面图；

图4为下垫板与外框架的装配示意图；

图5为上垫块示意图。

具体实施方式

下面通过附图进一步阐明本发明的实质性特点和显著进步：