[发明专利]一种三维织物弯曲性能测试装置及方法

说明书

一种三维织物弯曲性能测试装置及方法，属于试验夹具技术领域。该装置包括连接杆、连接耳片、铰接轴、转动框架、铰接夹具和滚动轴承。连接耳片与转动框架利用铰接轴连接，在铰接轴与转动框架接触面通孔处固定有滚动轴承，减少了试验过程中的摩擦阻力。转动框架由8个带通孔的边框相互配合组成，铰接轴穿过铰接夹具通孔处的滚动轴承将其固定在转动框架上。本发明适用于三维织物弯曲性能的测试，可以使三维织物产生均匀曲率的弯曲变形，可通过测得的载荷、位移数据确定三维织物样件的弯矩和曲率。

技术领域

本发明涉及一种测试方法，具体涉及一种三维织物弯曲性能的测试装置及方法，并包含三维织物试样弯矩和曲率的计算方法，可以专门对三维织物的弯曲性能进行测试和评价，其属于试验夹具的技术领域。

背景技术

三维纺织复合材料因其优异的力学性能和可设计性强等特点在航空航天、交通运输和国防等领域得到了广泛的应用。三维织物是纺织复合材料的增强体，其纤维结构决定了复合材料的最终力学性能。在复合材料的复合成型过程中，三维织物往往需要产生复杂的几何变形来满足构件的几何尺寸需求，其中弯曲变形是三维织物的一种常见变形模式。因此，准确的测量三维织物的弯曲性能是评价其适应复杂外形能力的基本前提，对准确控制三维纺织复合材料几何外形、保障力学性能的可靠性具有重要的工程实用价值。

三维织物是一种柔性结构，其力学测试比较困难。针对三维织物的弯曲性能目前还没有形成统一的试验标准，不同的实验室使用的夹具各不相同，得到的试验数据的准确性也不尽相同。如何实现不同规格柔性三维织物的快速安装和测试，保证测试过程中三维织物产生均匀曲率的变形，减少工装运动时各铰接点的摩擦力等，是本发明要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维织物弯曲性能测试装置及方法。该测试装置能够实现不同规格织物的弯曲变形，夹具结构简单，织物试样安装方便，测试过程中织物可以产生均匀曲率的变形。

为实现上述目的，本发明提供了一种能够实现三维织物弯曲变形的测试装置。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。

一种三维织物弯曲性能测试装置的测试方法，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))