[发明专利]非同轴双向同步压缩加载装置及其方法

说明书

本申请公开一种非同轴双向同步压缩加载装置及其方法，其中所述装置包括：第一可调高度加载平台和第二可调高度加载平台，所述第一可调高度加载平台上设置有第一压缩加载枪和第一波导杆，所述第二可调高度加载平台上设置有第二压缩加载枪和第二波导杆，所述第一波导杆和所述第二波导杆之间设置有单臂弯曲试样；其中，所述第一压缩加载枪产生第一压缩应力波并传输至所述第一波导杆，所述第二压缩加载枪产生第二压缩应力波并传输至所述第二波导杆，所述第一压缩应力波和第二压缩应力波同时到达所述单臂弯曲试样，以实现非同轴双向同步动态加载；其中，所述第一波导杆和所述第二波导杆的高度不同。本申请可用于测定复合材料的动态层间断裂韧性。

技术领域

本申请涉及连续纤维增强复合材料的I/II型动态层间断裂韧性的测试技术，尤其涉及一种非同轴双向同步压缩加载装置及其方法。

背景技术

连续纤维增强的复合材料由于其高的比刚度和比强度以及优良的疲劳性能在航空、航天、风能发电等领域得到了广泛的应用。然而，复合材料层间基体较脆且无任何增强相而极易发生层间断裂，即分层。分层损伤会影响复合材料结构的完整度、降低复合材料的剩余强度。一方面，在动态冲击载荷下，复合材料的极易发生分层损伤，且在复合材料服役过程中极易受到各种能量、速度外物的撞击，例如飞机鸟撞、冰雹撞击、低速落锤冲击以及轮胎碎片、发动机叶片的撞击等；另一方面，分层损伤难以检测，在飞机、风机叶片等服役过程中疲劳载荷的作用下有可能进一步扩展，导致复合材料结构灾难性破坏。因此，需要研究对复合材料层间断裂韧性的对于加载速率的相关性。

复合材料的层间断裂可根据其断裂形式分为三种：I型(张开型)，II型(滑开型)以及II型(撕开型)。在复合材料结构中，往往会不会出现单一型的断裂，而是上述三种断裂形式的复合。对于层间断裂，I/II复合型断裂是最普遍的一种断裂形式。因此，需要对冲击载荷下I/II复合型层间断裂的断裂韧性进行测量。定义断裂复合度为：

其中，G_I(t)和G_II(t)分别为裂纹尖端的I型和II型的能量释放率。

准静态下，采用组合梁的加载方法即可实现不同复合度β(0＜β＜1)的I/II复合型层间断裂，且β不随加载时间的变化而变化。目前动态下最常用于测量复合材料I/II型动态层间断裂韧性的加载装置为分离式霍普金森压杆，采用的加载类型为三点弯曲加载。这一方法的基本原理是：将复合材料单臂弯曲梁试样以及试样夹具置于入射杆和透射杆之间，通过短杆撞击的方式在入射杆端输入压缩应力波，对梁试样的中心点进行加载从而实现动态下的I/II复合型层间断裂。但是，上述的实验方法因传统的霍普金森杆只能实现单点加载导致的惯性效应而难以满足I/II型动态层间断裂韧性的测试需求。

动态下，复合材料I/II复合型层间断裂面临以下两个问题：(1)在动态加载过程中，由于惯性效应的影响，其复合度β(t)不再为常数，而是随加载时间变化；(2)目前尚无有效的加载方法实现不同断裂复合度β(0＜β＜1)的动态层间断裂。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种非同轴双向同步压缩加载装置及其方法，以解决现有技术存在的的无法实现动态I/II型层间断裂实验的问题。

根据本申请实施例提出一种非同轴双向同步压缩加载装置，其包括：第一可调高度加载平台和第二可调高度加载平台，所述第一可调高度加载平台上设置有第一压缩加载枪和第一波导杆，所述第二可调高度加载平台上设置有第二压缩加载枪和第二波导杆，所述第一波导杆和所述第二波导杆之间设置有单臂弯曲试样；其中，所述第一压缩加载枪产生第一压缩应力波并传输至所述第一波导杆，所述第二压缩加载枪产生第二压缩应力波并传输至所述第二波导杆，所述第一压缩应力波和第二压缩应力波同时到达所述单臂弯曲试样，以实现非同轴双向同步动态加载；其中，所述第一波导杆和所述第二波导杆的高度不同。

其中，所述第一波导杆和所述第二波导杆之间具有高度差，所述高度差小于100毫米。