[发明专利]一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置以及测试方法

说明书

本发明涉及一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，包括：底座，其适于夹紧试样；夹具，其位于所述底座的上方，并适于夹紧试样上的纤维；通过底座能够实现试样的固定，通过夹具能够夹紧试样上的纤维，通过上行夹具能够实现试样上纤维的拉拔；通过底座上的活动块以及锁紧杆的调整，适应不同尺寸的混凝土试样的夹持，不需要、拆卸与安装试样，提高了实验的测试效率。

技术领域

本发明涉及钢纤维等纤维增强复合材料的粘结性能研究等领域，具体是一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置以及测试方法。

背景技术

水泥基等脆性材料，如砂浆和陶瓷，其抗拉强度较低，韧性和抗裂性差；通过掺入一定体积含量的纤维加固弥补了这一不足；复合材料通过组合作用共同抵抗外部拉力，其中部分拉力由基体抵抗，剩余的平衡力由纤维与基体之间的粘结来抵抗；粘结作用即为纤维与周围基体之间界面处的剪切应力；

关于这种界面处剪切应力沿长度方向的分布规律以及界面破坏形态的研究，主要通过理论计算模型以及实验研究两种方法实现；目前，理论模型研究比较受认可的理论模型有剪滞模型、裂缝桥联模型等；Cox于1952年提出剪滞模型，该模型假设了基体与纤维保持为弹性状态，界面粘结是完好的，运用解析的方法得到了纤维表面粘结盈利公式；该模型是分析纤维增强复合材料强度和损伤最常用方法之一；随后一些学者利用该模型原理研究纤维复合材料的应力场等问题，并进一步发展了该模型；纤维拔出过程中的破坏模式是界面性能研究中重要部分；一些学者运用断裂力学、弹性力学和细观力学的基本原理，考虑到在脱胶区仍然存在摩擦效应的条件下，对纤维拔出过程中的应力、位移场进行推导，得到了纤维脱粘计算公式，同时对纤维拔出过程中纤维的断裂问题进行了讨论；

纤维和基体的粘结决定了复合材料的抗裂性能；Aveston等对摩擦力作用下纤维受力进行分析，并考虑到基体开裂引起陶瓷基体复合材料中能量的转换问题，提出了裂缝桥联模型；随后Budiansky等、Gonzalez-Chi等对该模型进一步发展，得到了纤维未脱粘、脱沾后基体中应力公式；纤维增强复合材料的性能主要取决于纤维与基体之间的界面粘结特性；这种粘结性能研究的最直接方法即纤维拔出实验；通过实验可以直接获得拉拔荷载-滑移响应曲线，基于响应曲线中的实验数据，结合理论分析可以得到较为准确的纤维粘结剪应力-滑移关系(界面的本构特性)预测模型；然而这种模型对纤维拔出实验的要求较高，实验中的纤维不能发生滑移现象，拔出位移的测试结果必须精确，才能使得模型与实际结果更加吻合；不同倾斜角度、埋置深度的纤维拔出过程中的破坏模式以及响应曲线均不同，实验研究中常遇到试样表面有不同分布的纤维，需要能快速夹住纤维而又不影响其他纤维状态的拔出夹具，减少扰动，同时又能有较高的实验效率；

基于上述问题，如何适应不同尺寸的混凝土试样的夹持试验成为了本领域研究人员急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何适应不同尺寸的混凝土试样的夹持试验；

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明是一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，包括：底座，其适于夹紧试样；夹具，其位于所述底座的上方，并适于夹紧试样上的纤维；

通过底座能够实现试样的固定，通过夹具能够夹紧试样上的纤维，通过上行夹具能够实现试样上纤维的拉拔。

为了具体说明夹具的结构，本发明采用夹具包括：附属夹头；基础夹头，其顶部与所述附属夹头活动连接，其底部与所述附属夹头底部配合适于夹紧或松开试样上的纤维；调节机构，其适与调整所述附属夹头、基础夹头间的间距；连接装置，其固定在所述基础夹头顶部，其适于将所述基础夹头与万能试验机顶部夹具固定连接；

调节机构调整附属夹头、基础夹头的间距，从而能够实现夹具的夹紧或者松开，连接装置用于连接万能试验机与夹具。

如何实现附属夹头、基础夹头的活动连接，本发明采用附属夹头顶部内侧开设有贯穿孔洞；基础夹头顶部内壁固定插入孔洞内的突出杆；