[发明专利]一种复合材料层间剪切测试装置及其操作方法

说明书

本发明公开了一种复合材料层间剪切测试装置，包括夹具底座、导轨、上夹具、下夹具、辅助垫块和对中块；所述上夹具包括由上夹具固定螺栓连接的上夹具固定部和上夹具活动部，所述下夹具包括由下夹具固定螺栓连接的下夹具固定部和下夹具活动部；所述辅助垫块可移除地设置在上夹具固定部和下夹具固定部之间，其顶部设有斜面；所述上夹具固定部和下夹具固定部在临近试样装配部的侧面上各设有一个对中凸台；所述对中块在外部施加的推力作用下，将双缺口试样推入试样装配部内，并且使其后侧面抵接在两个对中凸台上。本发明能够保证试样上下精确对中，有效消除压缩失稳现象，同时方便放置声发射信号采集探头。

技术领域

本发明涉及复合材料力学测试技术领域，具体而言涉及一种复合材料层间剪切测试装置及其操作方法。

背景技术

因其在航空器及航空器发动机服役环境下表现出的优异力学性能，复合材料成为了制造航空器众多结构的理想材料。在进行结构设计时，材料的层间剪切性能必须满足强度要求。因此，建立复合材料层间剪切测试系统获取其层间剪切力学性能是复合材料结构设计前的一项重要基础工作。

目前，复合材料层间剪切性能常用测试方法主要有：短梁剪切试验、四点弯曲试验、Iosipescu(约塞佩斯库)剪切试验和双缺口剪切试验。

短梁剪切试验是最早用于测试材料层间剪切性能的试验方法。这类方法的优点在于试验操作简便且数据处理较为简单。然而，短梁剪切试验的弊端也十分显著。加载过程中两支点之间的剪切平面内会受到弯矩的作用，这样一来试样最终可能因弯矩作用而发生破坏，导致所测得的层间剪切强度及变形并不准确。

针对短梁剪切试验中存在的问题，研究人员提出了一种四点弯曲的试验方法来测试材料的层间剪切性能。这一方法通过改变载荷施加位置保证了试样中间段剪切平面主要承受层间的剪力，避免了短梁剪切试验中试样可能因弯矩而发生失效的情况。然而，四点弯曲试验中试样仍然会受到一定的弯矩而影响结果的准确性。此外，这一方法的试验结果相较于短梁剪切试验存在更大的分散性。

Iosipescu剪切试验最初是用于测试金属材料的面内剪切性能，之后被扩展应用到了复合材料剪切性能的测试中。这一方法采用具有双V形切口的板状试样，研究结果表明在试验过程中试样上下V形切口之间会产生均匀的纯剪切应力场。因此，使用这一方法可以较为准确地测得复合材料的剪切性能。然而，由于目前大部分复合材料厚度方向尺寸较小，使用这一方法测试层间剪切性能时存在V形切口加工难度大、切口附近存在较大应力集中以及试验结果存在较大分散性等问题。因此，Iosipescu剪切试验目前主要适用于复合材料面内剪切性能的测试。

双切口剪切试验是目前最常用的一种测试复合材料层间剪切性能的试验方法。这一方法通过对试样施加轴向载荷使得试样上下缺口之间产生剪切应力场。该方法所得测试结果准确性受所用夹具可靠性影响很大。在复合材料双缺口剪切试验标准ASTM 1292-10中公开的层间剪切测试装置仅表明了试验的基本原理，在实际使用过程中若直接使用该测试装置会存在多种弊端。例如：难以保证试件装夹时的可靠对中，无法完全避免试件压缩室温情况的出现以及难以实现声发射数据采集等。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种可以保证试样上下精确对中、消除压缩失稳现象以及方便放置声发射信号采集探头的复合材料层间剪切测试装置，并提出一种适用于该复合材料层间剪切测试装置的操作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料层间剪切测试装置，所述测试装置包括夹具底座、导轨、上夹具、下夹具、辅助垫块和对中块；

所述夹具底座的上表面呈水平状，导轨垂直安装在夹具底座上表面上；

所述上夹具包括由上夹具固定螺栓连接的上夹具固定部和上夹具活动部，所述下夹具包括由下夹具固定螺栓连接的下夹具固定部和下夹具活动部，所述夹具固定部、下夹具固定部由上至下套接在导轨上，沿导轨竖直移动；