[发明专利]一种三维织物弯曲性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种三维织物弯曲性能测试装置，其特征在于：该装置包括连接杆(1)、连接耳片(2)、转动框架(3)、滚动轴承(4)、铰接轴(5)、和铰接夹具(6)，所述转动框架(3)由边框和横梁(7)组成，边框在通孔处由铰接轴(5)连接，通孔内安装滚动轴承(4)，通孔外侧安装轴承盖(8)并用十字沉头螺钉(9)固定，所述铰接夹具(6)由铰接轴(10)固定在转动框架(3)上，铰接夹具(6)与铰接轴(10)之间安装滚动轴承(11)，支撑片(12)由十字沉头螺钉(9)固定在转动框架(3)上，连接杆(1)一端通过通孔(14)与万能试验机连接，另一端在外螺纹(15)处通过紧固螺母(13)与连接耳片(2)连接，连接耳片(2)通过铰接轴(5)与转动框架(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种三维织物弯曲性能测试装置，其特征在于，所述边框在两端设有光滑通孔，滚动轴承(4)固定于通孔内。

3.根据权利要求1所述的一种三维织物弯曲性能测试装置，其特征在于，所述边框两两配合，边框通孔内置入滚动轴承(4)，铰接轴(5)穿过滚动轴承(4)将各边框组装成能够实现由正方形转换为菱形的“相框”形运动机构。

4.根据权利要求1所述的一种三维织物弯曲性能测试装置，其特征在于，所述连接杆(1)一端为圆柱体，圆柱体沿径向设有通孔(14)，所述连接杆(1)的另一端设有外螺纹(15)。

5.根据权利要求1所述的一种三维织物弯曲性能测试装置，其特征在于，所述连接杆(1)的外螺纹(15)与连接耳片(2)连接，通过紧固螺母(13)进行紧固。

6.根据权利要求1所述的一种三维织物弯曲性能测试装置，其特征在于，所述铰接轴(5)从装配好的转动框架(3)的四个顶点处的通孔穿过。

7.根据权利要求1所述的一种三维织物弯曲性能测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先进行空载试验，组装转动框架(3)，转动框架(3)的初始状态为正方形，θ＝90°，利用装置上下两侧的连接杆(1)将整个框架安装在万能试验机平台上，开始加载，记录载荷-位移曲线，待装置变形为菱形，θ＝40°时实验结束；

2)将夹具退回初始位置，在铰接夹具(6)内安装织物试样(16)，进行弯曲试验，从θ＝90°开始，至θ＝40°结束，试验过程中通过光学镜头连续采集试样的弯曲变形图像，记录带织物试样的弯曲试验载荷-位移曲线；

3)将第2)步得到的含织物试样的载荷值减去第1)步得到的空载试验载荷值，确定织物试样弯曲变形的净载荷-位移曲线；

4)根据万能试验机的净载荷和位移可以计算织物试样受到的弯矩M，具体换算方法为：

将转动框架(3)视为二力杆，根据万能试验机对连接杆(1)的拉伸载荷F计算转动框架(3)的拉力F_N：

F_N＝F/(2cos(θ/2))

其中θ为连接杆1处相邻边框之间的角度；夹角θ与万能试验机施加位移Δδ之间的关系为：

cos(θ/2)＝(Δδ+δ)/2L

其中，δ为初始状态下转动框架(3)构成的正方形的对角线距离，L为边框两通孔中心的距离；

当转动框架(3)运动时，存在如下角度关系：

当转动框架(3)运动时，存在如下载荷关系：

F₁＝F_Ncosθ，F₂＝F_Nsinθ

织物试样受到的弯矩为：

M＝2F₂L＝2F_NsinθL

5)根据光学镜头采集的织物试样弯曲变形图像可确定试样的弯曲曲率半径R，具体测量方法为：

在图像中识别织物试样与转动框架(3)的相切点A，由A点作转动框架(3)的垂线，两条垂线相交点为曲率中心O，OA的长度即为物试样弯曲变形后的曲率半径R，1/R即为试样的弯曲曲率。