[发明专利]纤维增强复合材料动态拉伸性能实验的夹具

说明书

本发明为纤维增强复合材料动态拉伸性能实验的夹具，属材料力学性能测试领域。

纤维增强复合材料因其强烈的各向异性，拉伸实验的夹具设计变得十分困难，高应变率下的动态拉伸实验更是如此，这是当前国际性难题。八十年代以来，国外有学者探索用胶结法进行复合材料的静态拉伸实验，采用哑铃形试件，但测试结果并不可靠。对于复合材料的动态拉伸实验，则未见有关夹具报道。

先进复合材料是一种新型的材料，其应用越来越广泛，其拉伸性能(包括静态和动态性能)是该材料的重要性能指标，因此，如何可靠地测试该材料的拉伸性能变得越来越重要，本发明创造的目的就是要为纤维增强的复合材料的动态(自然包括静态)拉伸性能测试提供可靠的试件夹具，从而得到该材料的拉伸性能。

本发明的上述目的由如下技术方案实现：该纤维增强复合材料动态拉伸性能实验的夹具，包括螺纹联接管、波导杆、锥面夹套、锥面夹块，螺纹联接管内一端装有波导杆，另一端装有锥面夹套，波导杆与锥面夹套轴向间设有间隙，锥面夹套内设方锥面形通孔，通孔内装有上下对应的两块锥面夹块，锥面夹块的光滑锥面与锥面夹套内的方锥形通孔的光滑孔面相靠，夹块的锥面锥度α为5°-15°，每块锥面夹块的内平面上设有平行斜齿，齿的斜度β为10°-30°，上下夹块斜齿内夹试件。

本发明的优点：

(1)在夹套和锥面夹块的作用下，试件能够产生自锁，从而避免出现试件夹紧端打滑或端部破坏现象。

(2)整套装置不影响波的输入与输出。

(3)该装置既可用于复合材料的动态拉伸实验，也可用于其静态拉伸实验。

本发明的具体结构由图1-7给出。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的锥面夹套主视图；

图3为本发明的锥面夹套侧视图；

图4为本发明的锥面夹块主视图；

图5为本发明的锥面夹块俯视图；

图6为本发明的动态应力应变曲线图；

图7为本发明的应变率时间曲线图。

图中主要结构为：螺纹联接管1、波导杆2、锥面夹套3、锥面夹块、通孔5、斜齿6、试件7。

实施例：

纤维增强复合材料动态拉伸性能实验的夹具结构如图1所示。包括螺纹联接管1、波导杆2、锥面夹套3、锥面夹块4，螺纹联接管内一端装有波导杆，另一端装有锥面夹套，波导杆与锥面夹套轴向间设有间隙，锥面夹套内设方锥形通孔5，通孔内装有上下对应的两块锥面夹块，锥面夹块的光滑锥面与锥面夹套内的方锥形通孔的光滑孔面相靠，夹块的锥面锥度α为5°-15°，每块锥面夹块的内平面上设有平行斜齿6，齿的斜度β为10°-30°，上下夹块斜齿内夹试件7。波导杆即输入输出杆长180mm，直径20mm，材料为铝。在输入输出杆的两端加工长为25mm的M20×1.5mm的外螺纹。连接波导杆和夹套的螺纹联接管外形加工成圆柱形。两端分别有长30mm、M20×1.5mm和长20mm、M22×1.5mm的内螺纹，分别用来连接波导杆和夹套。这里试件的材料为单向碳纤维增强树脂基复合材料，形状为哑铃形。实验时，将试件置于已设计加工好的夹具里，夹具的两端与HOPKINSON杆的输入输出杆相连，记录系统准备完毕后，可进行动态实验。

典型的动态应力应变曲线和应变率时间曲线分别见图6和图7。拉伸实验结果列于表1中。

             表1：动态拉伸实验结果

  序号  动态强度  б_b/MPa  应变率  1×10³S^-1  破坏位置    1    149    1.50  工作段    2    260    1.24  工作段    3    148    1.55  工作段应用实例表明，该夹具是完全可靠的。