[发明专利]一种复合材料力学性能测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种复合材料力学性能测试装置及方法，属于材料的力学性能测试技术领域，包括：脉冲电源、电磁力加载线圈、驱动机构和支撑机构；电磁力加载线圈套设于支撑机构的外侧，驱动机构设置于电磁力加载线圈的外侧，且贴合于待测复合材料的表面；脉冲电源用于将脉冲电流输送至电磁力加载线圈；电磁力加载线圈用于接收脉冲电流后产生脉冲磁场；驱动机构用于在脉冲磁场下产生感应涡流从而产生径向的电磁力和/或轴向的电磁力，并将电磁力施加于待测复合材料上以使待测复合材料向外膨胀和/或轴向压缩发生破坏，以测得待测复合材料的结构强度。本发明能够实现对缠绕结构的复合材料的多轴力加载测试，可以快速有效地评估其力学加固性能。

技术领域

本发明属于材料的力学性能测试技术领域，更具体地，涉及一种复合材料力学性能测试装置及方法。

背景技术

随着脉冲强磁场技术的发展，脉冲磁体的峰值磁场越来越高，为了磁体结构的力学稳定，往往采用缠绕结构增强型纤维复合材料对磁体进行加固。然后对于峰值磁场为80T以上的脉冲磁体，其放电过程中的应力达到3-4GPa，已经达到甚至超越了材料的力学极限，为了在现有的加固材料条件下达到更高的磁场，就需要对用于脉冲磁体加固的纤维复合材料进行力学性能测试和评估。

合理的力学测试方法是研究纤维复合材料力学性能的重要途径，样品破坏后的断裂模式和微观形貌也是推断纤维复合材料力学破坏机理的重要依据。

现阶段工业化程度最高的纤维复合材料为玻璃纤维和碳纤维，其测试表征方法已形成相对固定的标准，样件形式主要为经过铺层、剪裁等工艺过程制备出的复合材料层板，对其进行径向拉压、横向拉压、弯曲以及面内剪切等测试，该测试体系可有效评估工业中常用的壳体件、杆件等的力学性能，对于复合材料加固的压力容器等，则主要采用水压爆破法进行性能评估。

然而，单方向的力学性能测试并不能有效体现纤维复合材料脉冲磁体内部复杂受力状态下的力学性能，且环向缠绕结构相比单向铺层结构增加了绕线张力等控制变量，样件结构上的差异也会对测试结果造成较大误差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复合材料力学测试装置及方法，由此解决现有的测试方法不能有效地体现复合材料在脉冲磁体内部受力情况下的力学性能的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复合材料力学性能测试装置，包括：脉冲电源、电磁力加载线圈、驱动机构和支撑机构；

所述电磁力加载线圈套设于所述支撑机构的外侧，所述驱动机构设置于所述电磁力加载线圈的外侧，且所述驱动机构还贴合于待测复合材料的表面；

所述脉冲电源用于将脉冲电流输送至所述电磁力加载线圈；所述电磁力加载线圈用于接收所述脉冲电流后产生脉冲磁场；所述驱动机构用于在所述脉冲磁场下产生感应涡流从而产生径向的电磁力和/或轴向的电磁力，并将所述电磁力施加于所述待测复合材料上以使所述待测复合材料向外膨胀和/或轴向压缩发生破坏，以测得所述待测复合材料的结构强度；所述支撑机构用于维持装置的结构稳定。

优选地，所述电磁力加载线圈包括径向电磁力加载线圈和轴向电磁力加载线圈，所述驱动机构包括驱动环和驱动板；所述径向电磁力加载线圈套设于所述支撑机构上，所述轴向电磁力加载线圈套设于所述支撑机构上，所述驱动板设置于所述轴向电磁力加载线圈的下部，所述驱动环设置于所述径向电磁力加载线圈的外部，所述径向电磁力加载线圈串联于所述轴向电磁力加载线圈；

所述径向电磁力加载线圈用于接收脉冲电流后产生脉冲磁场；所述驱动环用于在所述脉冲磁场作用下产生感应涡流从而产生径向的电磁力，并将所述径向电磁力施加于所述待测复合材料以使所述待测复合材料向外膨胀；所述轴向电磁力加载线圈用于接收脉冲电流后产生脉冲磁场；所述驱动板用于在所述脉冲磁场作用下产生感应电流从而产生轴向的电磁力，并将所述轴向电磁力施加于所述待测复合材料以使所述待测复合材料轴向压缩。