[发明专利]一种预浸料夹持机构及其层间摩擦行为的测量装置和方法

说明书

本发明公开一种预浸料夹持机构及其层间摩擦行为的测量装置和方法，预浸料夹持机构包括滑移预浸料固定模块和静止预浸料固定模块，所述滑移预浸料固定模块包括第一固定板和连接在所述第一固定板端部的连接压块，所述滑移预浸料中部夹持在所述连接压块和所述第一固定板之间，两端部分别贴合在所述第一固定板的两表面；所述静止预浸料固定模块包括第二固定板和连接在所述第二固定板两端部的第二压块，所述静止预浸料的端部夹持在所述第二固定板与所述第二压块之间；所述第一固定板能够带动所述滑移预浸料相对于所述静止预浸料滑移。本发明能够分别形成对于滑移预浸料和静止预浸料的有效夹紧，保证相对滑移过程中施力均匀，提高试验结果的精度。

技术领域

本发明涉及材料加工成型技术领域，特别是涉及一种预浸料夹持机构及其层间摩擦行为的测量装置和方法。

背景技术

先进复合材料有利于减轻重量，提高飞机里程和机动性能。其中，碳纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高等优势，在飞机产品中用量持续增加，并且呈现出由次承力结构件向主承力结构件、由简单平板构件向复杂曲面构件转变等趋势。热成型是连续纤维增强预浸料的主要成型工艺方法。实际热成型过程中，通常是将若干层预浸料叠加到一定厚度成型以满足最终复合材料构件的刚度和强度要求。然而，预浸料各层之间不可避免的存在相对滑动作用，相关研究表明层间滑动摩擦力对纤维褶皱的产生有重要影响。因此，需要深入理解热成型过程中预浸料层间摩擦行为并对层间摩擦系数进行表征，为成型工艺仿真优化提供材料参数输入，对高性能复合材料成型制造具有重要工程意义。

目前，国内外学者在碳纤维/预浸料体系层间滑移机理研究及滑移行为的表征方面做出了一定贡献，在层间摩擦力的检测装置设计方面也积累了一定经验。

北京航空航天大学的孙晶等发表的论文《预浸料摩擦滑移特性研究与影响因素分析》，采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置测试分析了温度、压力、相对滑移速率等不同工艺条件和模具种类对碳纤维/预浸料体系的滑移行为进行了预测分析。设备采用多板叠层结构形成夹具，实现加压、加热、保温功能，选择弹簧加压装置对碳纤维/预浸料体系进行横向加压；采用加热片作为热源；通过将设备固定在力学实验机中对层间滑移力进行测定。但是该论文中记载的夹具并不能有效的夹紧预浸料层，导致测量误差较大，且方案中对于实验装置需要依次拧紧螺栓，变形力不易控制均匀。

申请公布号为CN 103913413 A的中国专利，西北工业大学的王永军等认为采用弹簧加压的方法误差较大，且采用加热片进行加热不利于保证碳纤维/预浸料体系的受热均匀，不易实现对有效温度的控制。故设计了一种以配重块为加压装置的纵向加压设备，通过重物的重力带动纵向压板实现碳纤维/预浸料体系的均匀受力；通过加热烘箱实现温度控制；通过电子万能试验机力传感器对层间滑移力进行测定。这种设备虽然能够实现均匀施力，易于控制加热温度，但设备体积较大，不便于搬运，且需要体积较大的烘箱才能实现；此外，采用纵向加压设备时，碳纤维/预浸料体系的滑移方向与拉伸机的拉伸方向垂直，故需要借助定滑轮装置改变拉伸机的拉伸方向，实现层间滑移力的测定，导致得到的滑移力数据存在误差，而且，对于预浸料层的夹紧方式存在问题，会进一步的导致测量误差的加大。

总结来看，现有的预浸料层间摩擦力测试装置大多采用多板结构形成夹具对预浸料进行固定，存在施力不均、结构复杂、实验结果存在阶段局限性、可推广性不强等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种预浸料夹持机构及其层间摩擦行为的测量装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，滑移预浸料中部夹持在连接压块和第一固定板之间，两端部分别贴合在第一固定板的两表面，静止预浸料的端部夹持在第二固定板与第二压块之间，从而分别形成对于滑移预浸料和静止预浸料的有效夹紧，保证相对滑移过程中施力均匀，提高试验结果的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：