[发明专利]一种剪切测试装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料力学测试领域，特别是涉及到一种剪切测试装置及其操作方法。

背景技术

复合材料具有高的比强度和比模量，因此是制造飞机结构的理想材料。复合材料的剪切性能是其重要的性能指标，是结构设计时的重要依据。因此，复合材料剪切性能测试的准确性与结构设计的可靠性直接相关。

目前，复合材料剪切性能测试方法主要有：薄壁圆管扭转试验、10°偏轴拉伸试验、±45°偏轴拉伸试验和Iosipescu（约赛佩斯库）剪切试验等。

薄壁圆管扭转试验将剪切载荷直接作用于复合材料，这种方法测得的剪切性能结果是理想的。但是由于薄壁圆管扭转试验件的加工制作难度大、成本高并且需要专门的测试加载设备，因此这种剪切测试方法的使用受到了限制。

10°偏轴拉伸试验和±45°偏轴拉伸试验采用普通的矩形拉伸试样，试样的结构简单并且试验时不需要专门的夹具。但是由于偏轴拉伸中存在拉剪耦合效应，试验区域不是纯剪切应力场，因此测试结果并不准确。同时，偏轴拉伸试验件的尺寸较大，增加了批量试验的成本。

如图1、图2所示，Iosipescu剪切试验采用具有双V形切口的板状试验件和一种名为“Wyoming”的试验夹具。试验研究与理论分析表明，该方法可以在试验件两V形切口之间的区域产生均匀的纯剪切应力场。因此，使用这种方法可以较为准确的测得复合材料的剪切性能。同时，双V形切口试验件的尺寸较小，降低了复合材料剪切性能的测试成本。该方法所得测试结果的准确性依赖于“Wyoming”试验夹具的可靠性。在复合材料V形切口剪切性能试验标准ASTM D5379中公开的剪切测试装置只是在原理上满足了Iosipescu剪切试验的要求，在实际使用中发现这种剪切装置存在着诸多不足，例如：难以保证试验件的可靠对中并且装置的对中速度较慢，装置的装夹操作也不方便等。有研究人员（Melin L N, Neumeister J M. Measuring constitutive shear behavior of orthotropic composites and evaluation of the modified Iosipescu test[J]. Composite Structures, 2006,76(1–2):106-115.）对ASTM D5379标准建议的夹具进行了一定程度上的优化设计，期望解决试验中存在的问题，但是其优化方案比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种可以保证剪切试验件沿厚度方向和长度方向的精确对中并且试验件的装夹操作也非常方便的剪切测试装置。本发明的剪切测试装置结构简单、操作方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种剪切测试装置，包括夹具底座、导轨、活动夹具、固定夹具；所述固定夹具固定在夹具底座上；其特征在于：所述两个导轨纵向并排固定在夹具底座上，活动夹具两侧设有对称的凸台，凸台上开有与导轨相配合的通孔，活动夹具通过通孔套在导轨上；还包括中心对中块、第一对中板、第二对中板、楔形块、第一压紧块、第二压紧块、夹具调平板；所述中心对中块顶部设有与试验件V形缺口配合的凸起；所述第一对中板、第二对中板均为带有突出台阶的六面体方块；所述第一压紧块位于固定夹具上夹持面下方，第一压紧块通过第一夹紧螺栓与固定夹具上夹持面连接；所述第二压紧块位于活动夹具上夹持面下方，第二压紧块通过第二夹紧螺栓与活动夹具上夹持面连接。

作为改进，第一对中板、第二对中板、夹具调平板、中心对中块均具有磁性。

作为改进，所述凸台为两对。

作为改进，所述导轨为圆柱形。

本发明的另一个目的在于提供以上所述剪切测试装置的操作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将夹具调平板放到活动夹具和固定夹具的下夹持面上，保证活动夹具和固定夹具的下夹持面相互对齐；

步骤2、将楔形块放入活动夹具下方，对活动夹具进行支撑，然后将夹具调平板卸下；

步骤3、将第一对中板放到固定夹具的下夹持面上，将第二对中板放到活动夹具的下夹持面上；

步骤4、将双V形切口试验件放到活动夹具和固定夹具的下夹持面上，通过中心对中块调整双V形切口试验件的位置，使其沿长度方向对中；

步骤5、旋紧第一夹紧螺栓和第二夹紧螺栓，使第一压紧块和第二压紧块向下移动并压紧双V形切口试验件；

步骤6、将中心对中块与楔形块卸下；

步骤7、将剪切测试装置安装到试验机上便可进行剪切试验。