專利名稱：一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及復(fù)合材料性能測試領(lǐng)域，具體為一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣。
背景技術(shù)：
目前，用于測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的試樣類型有方形截面試樣，腰形試樣，I形截面試樣，C形截面試樣和閉環(huán)試樣等。如在公開文獻(xiàn)中可以檢索到，英國國家物理試驗室使用的一種I型截面試樣，試樣尺寸為試樣寬度5mm，標(biāo)距段長10mm，標(biāo)距段曲率半徑5mm，標(biāo)距段中部橫截面邊長5mm。這種試樣的主要問題在于由于I型截面試樣的標(biāo)距段側(cè)剖面為曲面，無法粘接應(yīng)變片，所以需要采用特殊設(shè)計的夾具，不具有普遍適用性；同樣因為標(biāo)距段側(cè)剖面為曲面，導(dǎo)致其標(biāo)距段的應(yīng)力狀態(tài)不均勻；按照上述尺寸加工試樣，由于標(biāo)距段截面邊長較小，導(dǎo)致在試樣加工時斷裂率較高。所以目前設(shè)計的用于測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的試樣，其關(guān)鍵在于設(shè)計試樣尺寸，既要保證試樣在加工時不容易斷裂，又能滿足加工條件和測試要求，還要滿足經(jīng)濟性要求，這主要是因為復(fù)合材料的制造、加工費用極其昂貴。

實用新型內(nèi)容本實用新型提出了一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣，通過試驗驗證，采用該試樣能夠?qū)崿F(xiàn)既保證厚板試樣在加工時不容易斷裂，又滿足加工條件和測試要求，且還滿足經(jīng)濟性要求的目的。技術(shù)方案本實用新型的技術(shù)方案為所述一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣，其特征在于標(biāo)距段橫截面為正方形，正方形邊長至少為15mm，試樣端部橫截面為長方形，長寬比為2 1。本實用新型的一項優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于標(biāo)距段橫截面邊長范圍為15mm 20mmo本實用新型的一項優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于標(biāo)距段橫截面邊長為15mm。本實用新型的一項優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于標(biāo)距段與端部采用倒角過渡，倒角半徑為3mm 5mmο本實用新型的一項優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于標(biāo)距段長度為5mm 20mm。本實用新型的一項優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于試樣端部橫截面長度為30mm，寬度為15mm。有益效果本實用新型結(jié)合現(xiàn)有的復(fù)合材料加工技術(shù)，設(shè)計了一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣，該試樣的尺寸適于機械加工，能夠適用于現(xiàn)有的測試夾具，并且試驗表明，此種尺寸的試樣在加工時不容易斷裂，可以有效地減少試樣邊界應(yīng)力和層間分層，降低初始損傷率，能夠使試樣的拉壓性能測試精度有較大的提高，同時還具有很優(yōu)的效費比。

圖1 本實用新型的主視圖；圖2 本實用新型的側(cè)視圖；圖3 本實用新型的A-A剖面圖；其中L為端部橫截面長度；B為端部橫截面寬度；H為厚板試樣厚度；R為倒角半徑；W為端部厚度；S為標(biāo)距段長度；D為標(biāo)距段橫截面邊長。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例描述本實用新型實施例1 本實施例中，采用的復(fù)合材料為T700/BA9916。兩側(cè)面直腰形試樣為對稱結(jié)構(gòu)，試樣端部中心軸線與試樣標(biāo)距段中心軸線重合。按照本實用新型提出的試樣尺寸加工3種尺寸的兩側(cè)面直腰形試樣，每種尺寸分別加工了 6組測試試樣件，每組6個，分別為
LBHRWSD鋪層方式尺寸130mm15mm20mm3mm4. 5mm5mm15mm[90]160尺寸230mm15mm30mm5mm5mmIOmm15mm[90]240尺寸340mm20mm40mm5mm5mm20mm20mm[90]320同時為了進行對比，按照公開的英國國家物理試驗室使用的I型截面試樣尺寸加工6組測試試樣件，每組6個(對照尺寸)。統(tǒng)計上述尺寸1、尺寸2、尺寸3和對照尺寸的試樣件加工時的斷裂率，并通過C掃描得到試樣件加工后的初始損傷面積，結(jié)果為
斷裂率初始損傷面積/端部橫截面面積尺寸116. 7%20. 32%尺寸216. 7%20. 51%尺寸313. 8%16. 73%對照尺寸41. 6%40. 23% 從上述結(jié)果可以明顯看出，采用本實用新型提出的試樣尺寸做為兩側(cè)面直腰形試樣的加工尺寸，可以明顯降低試樣的斷裂率及初始損傷率(即初始損傷面積/端部橫截面面積)。從理論分析上可以認(rèn)為，標(biāo)距段橫截面邊長越大，加工時試樣的斷裂率越小，但是由于復(fù)合材料制造、加工費用昂貴，目前一公斤碳纖維復(fù)合材料造價在2萬5至3萬元人民幣，所以不可能將試樣標(biāo)距段橫截面做得過大，為此本實施例中做了如下對比，按照下列尺寸加工了 3種尺寸的兩側(cè)面直腰形試樣，每種尺寸分別加工了 6組測試試樣件，每組6個
LBHRWSD鋪層方式尺寸445mm30mm20mm5mm5mm10mm30mm[90]160尺寸555mm40mm30mm5mm5mm10mm40mm[90]240尺寸695mm80mm40mm5mm5mm20mm80mm[90]320統(tǒng)計上述尺寸4、尺寸5、尺寸6的試樣件加工時的斷裂率，并通過C掃描得到試樣件加工后的初始損傷面積，結(jié)果為
斷裂率初始損傷面積/端部橫截面面積尺寸411.1%13.54%尺寸58.3%10.97%尺寸62.8%6.45%從上述結(jié)果可以看出，尺寸4、尺寸5、尺寸6試樣與尺寸1、尺寸2、尺寸3試樣在加工斷裂率和初始損傷率上均比較接近，說明試樣標(biāo)距段橫截面邊長在15mm 20mm的基礎(chǔ)上進一步增大，對試樣加工斷裂率和初始損傷率的影響較小。但復(fù)合材料加工的費用是以體積或質(zhì)量計算的，如尺寸4試樣的初始加工體積是尺寸1試樣的3倍，尺寸6試驗的初始加工體積更是到達(dá)尺寸3試樣的9. 5倍，可以看出加工費用的增長速度很快，進一步說明試樣標(biāo)距段橫截面邊長在15mm 20mm的基礎(chǔ)上增大后，其所需費用快速增大，而試樣加工斷裂率和初始損傷率變化不大。因此效費比較優(yōu)的標(biāo)距段橫截面邊長范圍是15mm 20mm，且優(yōu)選15mm。實施例2 為了驗證本實用新型提出的試樣適用于各種復(fù)合材料，在本實施例中，又分別采用了 T300/QY8911和HT7/5228兩種復(fù)合材料進行試樣加工對比。采用T300/QY8911復(fù)合材料按照與實施例1中相同的尺寸(包括尺寸1、尺寸2、 尺寸3和對照尺寸)，每個尺寸加工了 6組測試試樣件，每組6個；按照與實施例1中相同的尺寸(包括尺寸4、尺寸5、尺寸6)，每個尺寸加工了 6組測試試樣件，每組6個。統(tǒng)計所有試樣件加工時的斷裂率，并通過C掃描得到試樣件加工后的初始損傷面積，結(jié)果為
權(quán)利要求1.一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣，其特征在于標(biāo)距段橫截面為正方形，正方形邊長至少為15mm，試樣端部橫截面為長方形，長寬比為2 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣， 其特征在于標(biāo)距段橫截面邊長范圍為15mm 20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣， 其特征在于標(biāo)距段橫截面邊長為15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意所述的一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣，其特征在于標(biāo)距段與端部采用倒角過渡，倒角半徑為3mm 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣， 其特征在于標(biāo)距段長度為5mm 20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣， 其特征在于試樣端部橫截面長度為30mm，寬度為15mm。
專利摘要本實用新型提出了一種測試復(fù)合材料層合厚板拉壓性能的兩側(cè)面直腰形試樣，試樣的標(biāo)距段橫截面為正方形，正方形邊長至少為15mm，試樣端部橫截面為長方形，長寬比為2∶1。該試樣的尺寸適于機械加工，能夠適用于現(xiàn)有的測試夾具，并且試驗表明，此種尺寸的試樣在加工時不容易斷裂，可以有效地減少試樣邊界應(yīng)力和層間分層，降低初始損傷率，能夠使試樣的拉壓性能測試精度有較大的提高，同時還具有很優(yōu)的效費比。
文檔編號G01N3/08GK202041418SQ201120119329
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者屈天驕, 成禮南, 李宇徒, 羅貴, 范獻(xiàn)銀, 鄭錫濤 申請人:西北工業(yè)大學(xué)