[发明专利]陶瓷基复合材料面内剪切基体裂纹原位分析装置及方法

说明书

本发明涉及陶瓷基复合材料面内剪切基体裂纹原位分析装置，包括面内剪切试样以及试验系统；面内剪切试样由陶瓷基纤维束复合材料、两片加强片和两片压板组成，陶瓷基纤维束复合材料的前端和后端分别放置在两片加强片的低端部分上，试验系统包括原位加载台、光学显微镜、计算机、载荷指示器和声发射传感器；原位加载台包括摇杆、齿轮箱、螺纹杆、左夹头、右夹头、底座、力传感器、销钉和支撑架；原位加载台安装在光学显微镜的载物台上；声发射传感器通过线缆与计算机相连。本发明具有可以实现陶瓷基纤维束复合材料面内剪切基体裂纹扩展规律的原位分析的优点。

技术领域

本发明属于复合材料力学行为试验领域，具体涉及一种陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验装置和方法。

背景技术

编织陶瓷基复合材料的密度低并且在高温环境下仍然具有较理想的力学性能,是高性能航空发动机热端部件的优选材料。陶瓷基纤维束复合材料是编织陶瓷基复合材料的基本承力单元，是研究编织陶瓷基复合材料损伤演化机理的理想介质。服役过程中陶瓷基复合材料承受的载荷复杂，除拉伸载荷外还存在剪切载荷。因此其基本单元——陶瓷基纤维束复合材料也将承受多种类型的载荷。陶瓷基纤维束复合材料力学性能的各向异性显著，剪切载荷作用下表现出的损伤演化过程与拉伸载荷差异较大，需要单独对剪切载荷下的损伤演化进行分析。

研究表明，陶瓷基纤维束复合材料在剪切载荷下的损伤机理包括基体开裂、界面断裂、纤维/界面脱粘、基体/界面脱粘、纤维断裂以及纤维拔出等多种形式。在达到极限剪切应力之前，陶瓷基纤维束复合材料的面内剪切基体裂纹的萌生与扩展贯穿整个损伤阶段，其密度代表了试样的总体损伤程度。可见，陶瓷基纤维束复合材料的面内剪切基体裂纹的扩展规律对其损伤演化研究具有重要的意义。

但是陶瓷基纤维束复合材料仅有一束纤维制备而成，其尺寸较小成型能力不强，对其实现面内剪切的加载难度较大。与此同时，剪切基体裂纹的扩展包括了裂纹数量和长度的增加，与轴向或横向拉伸载荷下裂纹表现出的特征有显著的差异，因此恰当的表示剪切基体裂纹密度也并非易事。由于观测裂纹的扩展过程需要使用较高的观测分辨率，试样观测区域的数量变得非常大，试验周期较长。

因此，有必要提供一种能对陶瓷基纤维束复合材料开展面内剪切原位加载及观测的试样、装置及方法，以实现陶瓷基纤维束复合材料面内剪切基体裂纹扩展规律的原位分析。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种能够用于陶瓷基纤维束复合材料面内剪切试验的装置和方法，以实现陶瓷基纤维束复合材料面内剪切基体裂纹扩展规律的原位分析。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：