[发明专利]用于复合材料V型缺口剪切试验的自紧式夹具及试验方法

说明书

本申请公开了一种用于复合材料V型缺口剪切试验的自紧式夹具，其包括两个相对设置的夹持件；每个夹持件均包括一本体，本体包括连接在一起的夹持部和拉伸部，夹持部的两端形成为连接端和夹持端，拉伸部连接在连接端上；在拉伸部上安装有拉伸杆，拉伸部朝向夹持端的侧面形成为定位面；在夹持部上设置有楔形槽，在楔形槽内活动地安装有两个楔形夹块，两个楔形夹块之间形成为夹持槽；在每一楔形夹块朝向拉伸部的一端均设置有卡槽，调节板插入到卡槽内，调节螺杆连接到调节板上。本申请还公开了采用自紧式夹具的试验方法。利用本申请，能够有效地保证V型缺口试样的V型缺口截面中轴线与载荷线的重合要求，提高测试效率，节省试样安装时间与人力。

技术领域

本发明涉及一种用于复合材料V型缺口剪切试验的自紧式夹具及试验方法，可用于航空、航天、风电、轨道交通等工程领域的复合材料V型缺口剪切性能测试。

背景技术

目前，复合材料面内剪切性能测试主要方法有：扭转法、偏轴拉伸法和剪切法。扭转法是一种基于金属材料剪切性能测试的方法，主要是通过对薄壁筒两端施加扭矩，从而对薄壁筒产生纯剪切应力，但由于该法的试样制备复杂，测试国过程中因夹持端扭矩引起的剪切力使得试样难以在标距处破坏，测试结果偏差大，而且需要额外扭转试验机，因此该法并不作为测试复合材料面内剪切性能的首选法。偏轴拉伸法虽然试样制备工艺和测试方法简单，但由于在测试过程中产生的不是纯剪切应力，且边界面存在复杂的应力场，因此测试结果往往偏低。

剪切法主要是通过一对非共线的共面载荷对试样产生剪切加载。目前主要有轨道剪切法、Iosipescu剪切法和V型缺口剪切法。

ATSM D4255规定的是一种轨道剪切法，该方法是通过双轨拉伸或是三轨压缩的方法产生剪切载荷以测定面内剪切性能，但其产生的剪切应力并不均匀。ASTM D5379是规定的是一种Iosipescu剪切法，该方法是采用压缩方式对试样缺口两端施加一对方向相反、大小相等载荷从而对试样标距处产生剪切应力，但该方法由于工作区域小，难以适用一些粗纤维或是大间距纤维。ASTM D7078规定的是一种V型缺口剪切法，该方法是通过试样的V型缺口两边施加拉伸载荷，从而对试样标距处产生剪切应力，该法目前是国内外测试复合材料剪切性能最主要也是最普遍的方法，但按照ASTM D7078所推荐的夹具进行测试，容易产生如下问题：(1)试样是通过夹具两侧螺钉进行固定，由于人为操作差异性的问题，容易使得试样(9)在夹具内发生扭转或错位，从而使得其V型缺口截面中轴线与载荷线无法重合，尤其是对于2mm左右试样而言，其影响结果更大；(2)整套夹具有12个螺钉，为保证试样的夹持，每个螺钉都需要用扭力扳手缓慢增加扭力进行拧紧，因此试样安装费时费力，效率较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种用于复合材料V型缺口剪切试验的自紧式夹具，其包括两个相对设置的夹持件；

每个夹持件均包括一呈L形的本体，该本体包括连接在一起的夹持部和拉伸部，其中夹持部沿第一轴线方向延伸，拉伸部沿第二轴线方向延伸，该第一轴线与第二轴线相垂直；夹持部的第一轴线方向上的两端分别形成为连接端和夹持端，该拉伸部连接在连接端上；

在拉伸部背离夹持端的一侧安装有拉伸杆，拉伸部朝向夹持端的侧面形成为定位面；

在夹持部上设置有楔形槽，该楔形槽由夹持部的内侧面沿第二轴线方凹陷所形成，该楔形槽的小端朝向背离连接端的方向，且楔形槽的小端呈开口状，在该楔形槽内活动地安装有两个楔形夹块，每一楔形夹块朝向另一楔形夹块的侧面均形成为夹持面，两个夹持面之间形成为夹持槽，该夹持面沿第一轴线方向延伸，每一楔形夹块背离另一楔形夹块的侧面形成为抵压面，该抵压面与楔形槽的内侧面相平行；

在每一楔形夹块朝向拉伸部的一端均设置有一卡槽，一调节板的两端分别插入到一个楔形夹块的卡槽内，一调节螺杆沿第一轴线方向贯穿拉伸部后连接到该调节板上，该调节螺栓啮合在拉伸部内的调节螺纹孔内；

当将V型缺口试样的两端分别夹持在夹持槽内时，两个夹持件上的拉伸杆共轴。