专利名称：一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，可以应用
于测试高温、室温条件下连续纤维增强复合材料的层间、面内剪切强度。
背景技术：
材料的剪切性能是评定材料的最基本性能之一。现有的测试复合材料剪切强度的 实验方法很多，主要有短梁法；双切口法；V形缺口法。各实验方法都有各自的缺点，但目 前应用最为广泛的是美国的ASTM C1425-05 (高温)和ASTM C1292-00 (室温)标准，也就 是双切口 (DNS)实验法。 文献"ASTM C1292-00和ASTM C1425-05标准"中分别介绍了一种测试复合材料剪 切性能的夹具。 ASTM C1292-00夹具中，其结构特征是用缧纹将活动夹块和夹具连接起来，达到 加紧试样的目的，防止试样弯曲。此夹具的缺点是只适用于室温剪切试验，在高温下缧纹 连接将失效，不能起到支撑试样的作用。 ASTM C1425-05夹具中，其结构特征是使用活塞结构，通过在试验夹具和试样间 增加一层适当中间层材料，依靠材料在高温下热膨胀量的不同来确保试样在试验过程中不 受弯曲效应的影响。但要求使用的中间相材料的热膨胀系数大于或等于试样在厚度方向上 的热膨胀系数。ASTM C1425-05中要求在试验温度下，试样和夹具壁的空隙不能大于试样厚 度的1%，通过热膨胀量的不同来调整空隙。此夹具的缺点是对于测试不同的材料都要选 择各自相配的中间层材料，因此试验夹具的应用范围受到了限制；此外由于试样、中间层和 夹具间的热膨胀系数失配，在高温下使试样受到压应力，从而严重影响了试验结果的正确 性；ASTM C1425-05试验夹具长时间应用会因磨损而降低了夹具的使用寿命。

发明内容要解决的技术问题 为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种用于测试连续纤维增强复合 材料剪切性能的夹具，可以解决室温和高温使用不同的夹具、测试结果误差大、夹具使用范 围小、寿命短的问题。 技术方案 本实用新型的技术特征在于包括上压头1、下夹具6和锯齿状梯形块7 ;所述的上 压头1为两边带有圆弧面的长方体、侧面为T字形的结构；长方体的两端设有上压头的下弧 面9和上压头的上弧面10 ;上压头1的内部设有T字形的上压头垫片槽8，内置与上压头厚 度相等的T字形的上压头垫片2 ;所述的下夹具6为两边带有圆弧面的长方体结构，其中一
个侧面设有热电偶插入孔3;长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽
13，内置一个与下夹具6厚度相等的下夹具垫片5 ;通孔的上端为两边带有内圆弧面12的 长方体通孔；与热电偶插孔3相对的另一侧设有紧靠锯齿状梯形块的斜面11 ;所述的锯齿
3状梯形块7的两侧面为锯齿状，一面为紧靠试样的锯齿直面16，另一面为紧靠下夹具的锯
齿斜面17 ;上压头1的下弧面9与下夹具6的内圆弧面12采用活动配合，锯齿状梯形块7
插于下夹具6内的斜面11的位置，且锯齿斜面17与下夹具6的斜面11相吻合。在锯齿状梯形块7与下夹具6内的斜面11上吸附一层石墨或BN粉体材料。 所述的热电偶孔3为两边带有圆弧面的长方体的通孔。 所述的锯齿状梯形块7的锯齿形状为顶面带有方形的梯形锯齿。所述的锯齿状梯形块7的斜面角度15为12 20° ，锯齿间距为0. 5 1. 5mm，锯
齿深度为0. 5 1. 0mm。 有益效果 本实用新型的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，采用本实用新型 的夹具测试时，减小了弯曲效应对试验结果的影响，使得实验结果更加接近材料的真实剪 切强度；在测试不同复合材料时，不需选择适当的中间层材料，在室温和高温下使用同一夹 具，使夹具寿命大提高，节约了试验成本。

图1是本实用新型的测试连续纤维增强复合材料夹具的结构图；图2是本实用新型的上压头1的结构图；图3是上压头垫片的结构图；图4是下夹具的立体结构图；图5是下夹具侧视结构图图6是下夹具的垫片的结构图；图7是锯齿状梯形块的结构图；图8是锯齿状梯形块的锯齿状结构图；1-上压头，2-上压头垫片，3-热电偶插入孔，4-试样，5-下夹具垫片，67_锯齿状梯形块，8-上压头垫片槽，9-上压头的下弧面，10-上压头的上弧面，11-紧靠锯齿 状梯形块的斜面，12-内圆弧面，13-下夹具垫片槽，14-下夹具紧靠试样内壁，15-锯齿状梯 形块紧靠下夹具的斜角，16-紧靠试样的锯齿直面，17-紧靠下夹具的锯齿斜面；
具体实施方式现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述 本实施例用于测试2D-Cf/SiC复合材料的高温层间剪切性能，说准备测试的试样 外形尺寸为30X15X3。 本实施例的结构见图1 :包括上压头1、下夹具6和锯齿状梯形块7。 上压头1选用高温合金材料，上压头1的结构见图2，采用两边带有圆弧面的长方
体结构，并且带有T形槽。T形槽中置入上压头垫片2，采用耐磨的SiC陶瓷材料。上压头
垫片2见图3，上压头垫片2与上压头厚度相等，与T形槽吻合的T形块。 下夹具6见图4、图5，采用两边带有圆弧面的长方体结构，选用高温合金材料。长
方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽13，内置一个与下夹具6厚度相
等的下夹具垫片5见图6，选用耐磨的SiC陶瓷材料；通孔的上端为两边带有内圆弧面12的长方体通孔；其中一个侧面设有热电偶插入孔3，另一个侧面为角度为12°的斜面11。 锯齿状梯形块7的两侧面为锯齿状，见图7、图8。锯齿状梯形块7的一面为紧靠 试样的锯齿直面16，另一面为紧靠下夹具的锯齿斜面17 ;锯齿状梯形块用润滑性能好的石 墨材料，锯齿间距为lmm，锯齿深度为lmm。锯齿状梯形块，形状为梯形块并且两边带有方形 锯齿。 上压头1的下弧面9与下夹具6的内圆弧面12采用活动配合，锯齿状梯形块7插 于下夹具6内的斜面11的位置，且锯齿斜面17与下夹具6的斜面11相吻合。 测试时，首先将图6下夹具的垫片放到图4中13槽口中，试样依靠下夹具内壁14 放置，在图4下夹具斜面11上吸附一层石墨或BN粉体材料，然后将锯齿状梯形块放到下夹 具斜面11上，将图3上压头垫片放到图2中8槽口中，然后放到装好试样的下夹具上，装到 试验机上，在下夹具孔3中插入热电偶。 装到试验机上，进行试验。高温时在热电偶孔4插入热电偶。依靠带有锯齿状梯 形块的自重来加紧试样，防止弯曲；梯形块上的锯齿是为了减小摩擦力对实验结果的影响； 采用两边带有圆弧面的长方体系统，保证施加单一方向的载荷，而且能很好的保证加热效 率；在夹具侧面孔中插入热电偶可准确测得试验温度；在夹具和试样接触处留有槽口，以 便填入可更换的适当材料，保护受力的夹具易损表面，达到延长夹具寿命的目的。
权利要求一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征在于包括上压头(1)、下夹具(6)和锯齿状梯形块(7)；所述的上压头(1)为两边带有圆弧面的长方体、侧面为T字形的结构；长方体的两端设有上压头的下弧面(9)和上压头的上弧面(10)；上压头(1)的内部设有T字形的上压头垫片槽(8)，内置与上压头厚度相等的T字形的上压头垫片(2)；所述的下夹具(6)为两边带有圆弧面的长方体结构，其中一个侧面设有热电偶插入孔(3)；长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽(13)，内置一个与下夹具(6)厚度相等的下夹具垫片(5)；通孔的上端为两边带有内圆弧面(12)的长方体通孔；与热电偶插孔(3)相对的另一侧设有紧靠锯齿状梯形块的斜面(11)；所述的锯齿状梯形块(7)的两侧面为锯齿状，一面为紧靠试样的锯齿直面(16)，另一面为紧靠下夹具的锯齿斜面(17)；上压头(1)的下弧面(9)与下夹具(6)的内圆弧面(12)采用活动配合，锯齿状梯形块(7)插于下夹具(6)内的斜面(11)的位置，且锯齿斜面(17)与下夹具(6)的斜面(11)相吻合。
2. 根据权利要求1所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征在于在锯齿状梯形块(7)与下夹具(6)内的斜面11)上吸附一层石墨或BN粉体材料。
3. 根据权利要求1或2所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征在于所述的热电偶孔(3)为两边带有圆弧面的长方体的通孔。
4. 根据权利要求1或2所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征在于所述的锯齿状梯形块(7)的锯齿形状为顶面带有方形的梯形锯齿。
5. 根据权利要求1或2所述的用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，其特征在于所述的锯齿状梯形块(7)的斜面角度15为12 20° ，锯齿间距为0. 5 1. 5mm，锯齿深度为0. 5 1. 0mm。
专利摘要本实用新型涉及一种用于测试连续纤维增强复合材料剪切性能的夹具，技术特征在于上压头为T字形的结构，内部设有T字形的上压头垫片槽，内置上压头垫片；下夹具为两边带有圆弧面的长方体结构，其中一个侧面设有热电偶插入孔；长方体结构的中间为一个通孔，通孔的下端设有矩形垫片槽，内置一个与下夹具厚度相等的下夹具垫片；与热电偶插孔相对的另一侧设有紧靠锯齿状梯形块的斜面，锯齿状梯形块插于下夹具内的斜面的位置，且锯齿斜面与下夹具的斜面相吻合；压头的下弧面与下夹具的内圆弧面采用活动配合。采用本实用新型的夹具测试时，减小了弯曲效应对试验结果的影响，使得实验结果更加接近材料的真实剪切强度。
文档编号G01N3/04GK201449355SQ20092003389
公开日2010年5月5日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者严科飞, 乔生儒, 张歌, 张程煜, 李玫, 韩栋 申请人:西北工业大学