[发明专利]预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置和模型建立方法

权利要求书

1.一种预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于所述测量装置包括基座组件、法向压力组件、连接杆组件、中间板组件、加热系统和压力测量系统：所述的基座组件包括基座(2)、基座夹持端(11)和内六角螺钉，基座(2)左侧开有螺纹孔，右侧开有通孔，底部开有凹槽，凹槽底部开有沉孔，基座夹持端(11)上开有螺纹孔，通过内六角螺钉将基座夹持端(11)固定到基座(2)上；所述的法向压力施加组件包括压板(4)、预浸料固定板(7)、压紧板b(12)、弹簧杆(3)、弹簧(8)、弹簧垫圈(9)、止滑螺母(10)，压板(4)有两片，第一片开有螺纹孔，第二片开有通孔，预浸料固定板(7)上开有通孔和凹槽，凹槽底部开有螺纹孔，压紧板b(12)上开有沉孔，弹簧杆(3)左端为左旋螺纹，右端为右旋螺纹，使用弹簧杆(3)依次将压板(4)、预浸料固定板(7)、弹簧(8)、弹簧垫圈(9)和止滑螺母(10)装配到一起，弹簧杆(3)左端与左侧压板(4)连接，弹簧杆(3)中间光滑处安装有右侧压板(4)与预浸料固定板(7)，右端螺纹处安装有弹簧(8)和止滑螺母(10)，预浸料固定板(7)上的凹槽与压紧板b(12)属于间隙配合；所述的连接杆组件包括连接杆(1)和螺母，连接杆(1)两端开有方向相反的螺纹，连接杆左侧与基座(2)左侧相连接，右侧与螺母相连接；所述中间板组件包括中间板(6)、压紧板a(5)，中间板(6)上开有通孔，压紧板a(5)共有两片，第一片开有沉孔，第二片开有螺纹孔，通过内六角螺钉将中间板(6)和压紧板(a)连接在一起。基座(2)的凹槽和中间板(6)是间隙配合关系；所述加热系统包括半导体制冷片和温度传感器，三片定制的半导体制冷片对称放于两块预浸料固定板(7)和一块中间板(6)内部；所述的压力测量系统包括压力传感器和配套的转换和显示设备，压力传感器放置于压板(4)和预浸料固定板(7)中间四个对称位置，温度和压力均采用四通道采集系统，可测量四个不同位置的数据并可在线测试实时输出。

2.根据权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于所述测量装置使用四个弹簧(8)并对称放置，同时压力传感器放置于压板(4)和预浸料固定板(7)中间四个对称位置。

3.根据权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于所述弹簧(8)所施加的力施加到压板(4)上。

4.根据权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于所述拉力由标准万能拉力试验机提供。

5.根据权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于所述半导体制冷片通过闭合回路实时监测与控制。

6.根据权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于所述弹簧杆(8)根据实际需要进行量程选择。

7.根据权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置，其特征在于实验前通过压力传感器获得的反馈来调整弹簧(8)的压缩距离，实验过程中实时记录法向压力。

8.通过权利要求1所述的预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置测量的模型建立方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：根据层间滑移装置大小制备合适尺寸的预浸料、隔膜和隔离膜；

步骤(2)：使用压紧板b(12)将制备好的预浸料片固定到中间板(6)上；

步骤(3)：使用压紧板a(5)将制备好的预浸料片固定到预浸料固定板(7)上；

步骤(4)：使用内六角螺钉将基座夹持端(11)固定到基座(2)上；

步骤(5)：使用连接杆(1)将底座组件和压板(4)组装到一起；

步骤(6)：使用弹簧杆(3)和止滑螺母(10)将压板(4)、预浸料固定板(7)、弹簧(8)和弹簧垫圈(9)组装到一起；

步骤(7)：将中间板(6)放置于两片预浸料固定板(7)中间并置于基座(2)的凹槽中；

步骤(8)：将基座夹持端(11)装卡到拉力试验机下夹头；

步骤(9)：调整拉力试验机上夹头到合适位置，将中间板(6)装卡到上夹头；

步骤(10)：根据压力传感器所示压力值调整弹簧(8)，使压力达到设定的值并使其相等；

步骤(11)：对工装进行加热，通过温度测量数值的反馈调节半导体制冷片功率使温度均匀；步骤(12)：启动拉力试验机进行拉伸，拉力试验机所显示的值为克服摩擦发生滑移所需的拉力，将其除以名义接触面积即为切向应力；压力测试系统所记录的数值的平均值可作为最终的法向压力；拉力试验机拉伸速度根据试验要求确定，拉伸距离为设定值，滑移过程中拉力-位移数据自动存储到电脑硬盘；

步骤(13)：将预浸料固定板(7)上的预浸料换成隔离膜，可测量预浸料与隔离膜之间的滑移特性；将中间板(6)上的预浸料换成隔膜，可测量隔膜与隔离膜之间的滑移特性；中间板(6)与预浸料固定板(7)上分别替换成预浸料或隔离膜或隔膜可测量不同试样接触面的滑移特性；

步骤(14)：对预浸料/预浸料之间进行滑移性能测试，获得不同温度和法向压力下的切向应力-相对滑移位移曲线；预浸料与预浸料之间的层间滑移行为是库仑摩擦模型和流体动力摩擦模型的组合；其中当两个接触面是固体时，库仑摩擦模型由公式(a)表示，当两个接触表面完全被流体分开时，摩擦机制在本质上可完全由流体动力学模型描述，由公式(b)表示，切向应力由一个表面在另一个表面上的相对滑移速率、流体粘度和流体膜的厚度决定；

f＝μN    (a)

公式中：f是摩擦力，μ是摩擦系数，N是摩擦界面的法向压力，τ是剪切应力，η是流体的粘度，d是流体膜的厚度，v是一个表面相对另一个表面的滑移速率；

步骤(15)：依次用公式(c)公式(d)和公式(e)分段来描述切向应力-相对滑移位移曲线中的阶段I、阶段II、阶段III：

τ＝k₁d(d＜dy)    (c)

τ＝p₁+p₂/d(d_y≤d≤d_h)    (d)

τ＝τ_h+k₃(d-d_h)(d＞d_h)    (e)

公式中：τ[MPa]是切向应力，d[mm]是相对滑移位，k₁[MPa/mm]，p₁[MPa]，p₂[MPa·mm]，k₃[MPa/mm]是模型系数；

步骤(16)：由公式(c)可求得k₁，得公式(f)，将屈服点和硬化点处对应的坐标值(d_y，τ_y)和(d_h，τ_h)分别代入公式(d)后联立求解得到p₁和p₂，得公式(g)和(h)：

步骤(17)：临界点处的切向应力τ_y和τ_h与温度T和法向压力P相关，可用公式(i)将特征点处的切向应力与温度和法向压力建立关系：

公式中：[MPa]，[MPa/℃]，是模型系数；

步骤(18)：临界点处的相对滑移位移d_y和d_h与温度T和法向压力P相关，用公式(j)将特征点处的相对滑移位移与温度和法向压力建立关系：

公式中：[mm]，[mm/℃]，[N/mm]是模型系数；

步骤(19)：k₃与温度和法向压力相关，可用公式(k)将k₃与温度T和法向压力P建立关系：

k₃＝c₁+c₂T+c₃P    (k)

公式中：c₁[MPa/mm]，c₂[mm/℃]，c₃[N/mm]是模型系数：

步骤(20)：使用上述公式对已测得的切向应力-相对滑移位移数据进行非线性拟合确定出模型的所有系数，即：用式(i)和式(j)计算出不同温度下的临界点处的切向应力和相对滑移位移τ_y、τ_h、d_y和d_h；使用公式(k)计算出k₃，然后将τ_y、τ_h、d_y和d_h代入公式(f)、公式(g)、公式(h)从而确定了k₁、p₁和p₂；最后，联立公式(c)、公式(d)和公式(e)可获得温度、法向压力或位移范围内影响的预浸料与预浸料层间滑移模型。