[发明专利]一种碳纤维复合材料摩擦系数测量的实验方法

摘要

本发明一种碳纤维复合材料摩擦系数测量的实验方法属于机械检测技术领域，涉及一种碳纤维复合材料摩擦系数测量的实验方法。实验方法中，被测件通过直线电机动子搭载，先进行直角切削、后进行摩擦系数测量实验。通过测量测头受到的切向力和法向力，利用有关公式计算其摩擦系数；使用不同纤维角度的碳纤维复合材料单向板进行实验，揭示纤维角度对碳纤维复合材料摩擦系数的影响；调节直线电机的速度，记录切削速度对摩擦状态的影响；采用超景深显微镜对摩擦过程进行在线观察。本实验方法通过直角切削实验，对不同纤维角度的碳纤维复合材料单向板的摩擦系数进行测量，实现对摩擦过程的在线观测，方法涉及内容全面、完整，易于操作。

主权项

一种碳纤维复合材料摩擦系数测量的实验方法，其特征是，实验方法中，被测件通过直线电机动子搭载，先进行直角切削、后进行摩擦系数测量实验；通过测量测头受到的切向力和法向力，利用公式计算其摩擦系数；使用不同纤维角度的碳纤维复合材料单向板进行实验，测定纤维角度对碳纤维复合材料摩擦系数的影响；调节直线电机的速度，测定切削速度对摩擦状态的影响；采用超景深显微镜对摩擦过程进行在线观察；实验方法的具体步骤如下：1)搭建实验装置将被测件(4)通过被测件夹具(3)安装在直线电机(2)的动子上，直线电机(2)通过T型螺栓安装在床身(1)上；右微位移平台(9)通过T型螺栓安装在床身(1)上，测力仪(10)通过螺栓安装在右微位移平台(9)上，测头专用夹具安装在测力仪(10)上面，测头专用夹具由夹具体(16)和夹具帽(17)组成，安装时将测头(12)装入夹具体(16)中，再将夹具帽(17)通过螺纹拧在夹具体(16)上；将刀具(8)通过刀具夹具(7)安装在垫块(6)上，垫块(6)通过螺栓安装在左微位移平台(5)上，左微位移平台(5)通过T型螺栓与床身(1)相连；超景深显微镜(15)通过螺栓固定在连接板(14)上，连接板(14)通过螺栓安装在手动位移平台(13)上，手动位移平台(13)通过T型螺栓与床身(1)相连；2)通过调节左微位移平台(5)，设置直角切削实验的切深；3)通过调节右微位移平台(9)，设置摩擦过程中测头(12)与被测件(4)的接触深度；4)接通超景深显微镜(15)的电源，调节手动位移平台(13)，使得超景深显微镜(15)的视场对准测头(12)；5)接通直线电机(2)的电源，设定直线电机(2)的速度作为直角切削实验的切削速度；6)通过超景深显微镜(15)观察摩擦过程，并通过测力仪(10)记录测头(12)受到的切向力Ft以及法向力Fn；7)根据测得的切向力Ft以及法向力Fn求出表观摩擦系数μapp：再由式(2)计算出摩擦系数μ：式中，A与D表示测头(12)与被测件(4)的有效接触面(Sc)沿YOZ平面投影的面积；B与C表示测头(12)与被测件(4)的有效接触面(Sc)沿XOY平面投影的面积，由于测头摩擦过的表面存在一定的纤维回弹量(H)，测头(12)与被测件(4)的接触面为有效接触面(Sc)，根据几何关系求出：其中，R为测头球面部分半径，a为测头(12)与被测件(4)的有效接触面(Sc)沿XOY平面投影所形成扇形的半径，ω为该扇形对应的劣弧圆心角的补角的1/2，r为测头(12)与被测件(4)的有效接触面(Sc)沿YOZ平面投影所形成扇形的半径；根据几何关系，得到：实验中，a与ω根据上述定义测出，r通过公式(5)计算得出；8)更改直线电机(2)的动子的运动速度，测定不同运动速度时摩擦系数，重复步骤2‑7，比较切削速度对摩擦状态的影响；9)更换不同纤维角度的碳纤维复合材料单向板，重复步骤2‑8；比较纤维方向对碳纤维复合材料切削过程中摩擦状态的影响；10)更换测头，重复步骤2‑9，比较不同测头的测量效果。