專利名稱：一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于機(jī)械檢測設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置。[0002]背景技術(shù)[0003]自上世紀(jì)90年代開始，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線廣泛應(yīng)用于用復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)線的鋼芯，以降低導(dǎo)線弧垂和提高運(yùn)行溫度，實現(xiàn)迅速擴(kuò)容和提高管網(wǎng)安全性的目的。目前使用的增強(qiáng)型電纜芯是用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)耐高溫?zé)峁绦詷渲玫降膹?fù)合材料剛性棒狀整體結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)品質(zhì)量以及掛網(wǎng)安全性主要依賴于樹脂體配方以及生產(chǎn)工藝中的相關(guān)參數(shù)， 根據(jù)其實際應(yīng)用情況，對于該線芯剪切強(qiáng)度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他參數(shù)，比如彎曲強(qiáng)度或者彎曲模量等。這樣對于在斷裂特性實驗，抗老化蠕變實驗以及掛網(wǎng)安全性實驗等復(fù)雜受力狀態(tài)時，從而對于單純剪切力學(xué)性能的準(zhǔn)確檢測以及為改善制造環(huán)節(jié)和優(yōu)化生產(chǎn)工藝等方面，提出了迫切需求和嚴(yán)峻考驗。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實用新型的目的在于提供一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，旨在解決現(xiàn)有的剪切應(yīng)力檢測設(shè)備無法提供給測試試樣以單純的剪切受力狀態(tài)、無法對于切應(yīng)力得出準(zhǔn)確掌握的問題。[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的[0006]一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，所述裝置包括承重主體、鉗具以及著力支架，所述承重主體包括左側(cè)豎直承重力臂、右側(cè)豎直承重力臂、水平承重力臂以及左側(cè)剪切刀具和右側(cè)剪切刀具；所述水平承重力臂經(jīng)由旋轉(zhuǎn)固定栓與左側(cè)豎直承重力臂連接，所述左側(cè)剪切刀具通過第二固定螺釘安裝在水平承重力臂的右端上方，并且其在水平承重力臂上的水平位置可調(diào)，右側(cè)剪切刀具通過第三固定螺釘安裝在右側(cè)豎直承重力臂上，并能夠調(diào)節(jié)在右側(cè)豎直承重力臂上的豎直位置以及角度；所述鉗具置于水平承重力臂右端與右側(cè)豎直承重力臂之間，包括左側(cè)鉗具和右側(cè)鉗具，用于夾固待測電纜芯試樣；所述著力支架置于水平承重力臂的上方，用于將所承受的外力全部施加于水平承重力臂之上。[0007]所述左側(cè)豎直承重力臂通過第一固定螺釘能夠?qū)崿F(xiàn)高度的調(diào)節(jié)。[0008]在所述待測電纜芯試樣彎曲時，所述鉗具還包括左側(cè)附加鉗具和右側(cè)附加鉗具， 所述左側(cè)附加鉗具置于所述左側(cè)鉗具與水平承重力臂右端之間，所述右側(cè)附加鉗具置于所述右側(cè)鉗具與右側(cè)豎直承重力臂之間，用于使鉗具表面與待測電纜芯試樣表面完全貼合， 并緊密夾于水平承重力臂右端與右側(cè)豎直承重力臂之間。[0009]所述左側(cè)剪切刀具探出水平承重力臂右端的末端應(yīng)處于左側(cè)鉗具與待測電纜芯試樣的接觸面上，右側(cè)剪切刀具探出右側(cè)豎直承重力臂的末端應(yīng)處于右側(cè)鉗具與待測電纜芯試樣的接觸面上。[0010]所述著力支架與水平承重力臂的接觸面為線或者點，且著力支架為中軸線左右對稱結(jié)構(gòu)。[0011]所述右側(cè)豎直承重力臂的高度固定，所述水平承重力臂能夠進(jìn)行水平方向上的位置微調(diào)。[0012]所述裝置外還設(shè)置可活動拆卸的、兩側(cè)閉合式遮罩，該遮罩兩側(cè)在接近待測電纜芯試樣處設(shè)置透明式觀測窗。[0013]本實用新型的突出優(yōu)點是本實用新型通過在測試樣品上加載均勻分布的切應(yīng)力，使樣品的受力情況為單純剪切狀態(tài)，即剪切力均勻分布在線芯的中線上，并且所述裝置亦適用于具有不同彎曲程度的待測試樣。


[0014]圖I是本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置的構(gòu)造不意圖；[0015]圖2是本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置的外觀示意圖；[0016]圖3是本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置應(yīng)用于豎直電纜芯的示意圖；[0017]圖4是本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置應(yīng)用于彎曲電纜芯的示意圖；[0018]圖5是本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置的著力支架的構(gòu)造圖；[0019]圖中，I、左側(cè)豎直承重力臂；2、水平承重力臂；3、右側(cè)豎直承重力臂；4、左側(cè)剪切刀具；5、右側(cè)剪切刀具；6、第一固定螺釘；7、第二固定螺釘；8、第三固定螺釘；9、左側(cè)鉗具； 10、右側(cè)鉗具；11、待測電纜芯試樣；12、旋轉(zhuǎn)固定栓；13、左側(cè)附加鉗具；14、右側(cè)附加鉗具； 15、著力支架；16、遮罩；17、觀測窗；18、底座。
具體實施方式
[0020]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。[0021]本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置所基于的壓縮切應(yīng)力方法符合斷裂II型模型，通過在測試樣品上加載均勻分布的切應(yīng)力，使樣品的受力情況為單純剪切狀態(tài)，即剪切力均勻分布在線芯的中線上，并且所述裝置亦適用于具有不同彎曲程度的待測試樣。[0022]圖I示出了本實用新型提供的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置的構(gòu)造。[0023]所述裝置主要包括承重主體、鉗具以及著力支架。其中，承重主體部分包括左側(cè)豎直承重力臂I、右側(cè)豎直承重力臂3、水平承重力臂2以及左側(cè)剪切刀具4和右側(cè)剪切刀具 5，水平承重力臂2經(jīng)由旋轉(zhuǎn)固定栓12與左側(cè)豎直承重力臂I連接，左側(cè)豎直承重力臂I可以通過第一固定螺釘6實現(xiàn)高度的調(diào)節(jié)，其具體高度視待測電纜芯試樣11的長度而定，右側(cè)豎直承重力臂3的高度則不可調(diào)，水平承重力臂2可進(jìn)行水平方向上的位置微調(diào)。所述左側(cè)剪切刀具4經(jīng)由第二固定螺釘7安裝在水平承重力臂2的右端上方，并且可以調(diào)節(jié)在水平承重力臂2上的水平位置，右側(cè)剪切刀具5則通過第三固定螺釘8安裝在右側(cè)豎直承重力臂3上，并可以調(diào)節(jié)在右側(cè)豎直承重力臂3上的豎直位置以及角度。在本實用新型中，所述鉗具包括左側(cè)鉗具9和右側(cè)鉗具10，用于固定待測電纜芯試樣11，并提供完全接觸的剪切平面，而且使剪切力均勻分布于待測試樣與鉗具的接觸區(qū)域，鉗具和待測電纜芯試樣11 被緊密夾于水平承重力臂2右端與右側(cè)豎直承重力臂3之間。為獲得單純剪切狀態(tài)，左側(cè)剪切刀具4探出水平承重力臂2右端的末端應(yīng)處于左側(cè)鉗具9與待測電纜芯試樣11的接觸面上，右側(cè)剪切刀具5探出右側(cè)豎直承重力臂3的末端應(yīng)處于右側(cè)鉗具10與待測電纜芯試樣11的接觸面上，即左側(cè)剪切刀具4和右側(cè)剪切刀具5的探出長度應(yīng)分別與左側(cè)鉗具9和右側(cè)鉗具10的厚度相一致。所述著力支架15置于水平承重力臂2的上方，在測試過程中， 一般由其他附加設(shè)備加載測試所需要的外力在著力支架15上，由著力支架15將所承受的外力全部施加于水平承重力臂2之上，以實現(xiàn)對待測電纜芯試樣11作剪切應(yīng)力試驗，為了使待測試樣在測試過程中的受力情況可知，所述著力支架15與水平承重力臂2的接觸面最好為線或者點，且著力支架15的設(shè)計應(yīng)該為中軸線左右對稱，圖5示出了本實用新型的一個實施例提供的著力支架15的結(jié)構(gòu)，該支架為純鋼材質(zhì)并且提供與外接設(shè)備連接的接口。[0024]為盡量保證整個測試設(shè)備免受外界因素影響，根據(jù)美國復(fù)合材料協(xié)會規(guī)定的剪切應(yīng)力測試標(biāo)準(zhǔn)D4027-93以及歐盟測試設(shè)備要求IS014130(97)，所述裝置外可設(shè)置可活動拆卸的、兩側(cè)閉合式鋼制遮罩16，可以保護(hù)觀測人免受試樣斷裂時的意外，同時，為方便觀測人觀察試樣的受力狀態(tài)，該遮罩兩側(cè)在接近待測電纜芯試樣處可采用鋼化玻璃設(shè)計為透明式觀測窗17，此外，所述裝置還可配置純鋼制底座18。所述裝置的整體外觀如圖2所示。[0025]當(dāng)待測電纜芯試樣呈豎直時，所述裝置的應(yīng)用狀態(tài)如圖3所示；而當(dāng)待測電纜芯試樣呈彎曲時，所述裝置的應(yīng)用狀態(tài)如圖4所示，此時，可根據(jù)待測試樣的的彎曲角度Θ， 預(yù)先設(shè)計制作左側(cè)附加鉗具13和右側(cè)附加鉗具14，分別與上述左側(cè)鉗具9和右側(cè)鉗具10 配合使用，實現(xiàn)鉗具表面與待測電纜芯試樣11表面完全貼合，并緊密夾于水平承重力臂2 右端與右側(cè)豎直承重力臂3之間，同時，通過調(diào)節(jié)水平承重力臂2的角度以及左側(cè)剪切刀具 4的位置，和右側(cè)剪切刀具5的位置和角度，使得左側(cè)剪切刀具4和右側(cè)剪切刀具5的刀尖均處于待測電纜芯試樣11與鉗具的接觸面上，且左側(cè)剪切刀具4和右側(cè)剪切刀具5均垂直于切應(yīng)力平面，目的是為待測電纜芯試樣11提供單純剪切應(yīng)力狀態(tài)。[0026]本實用新型中，通過調(diào)節(jié)左側(cè)豎直承重力臂I的高度和水平承重力臂2的角度，可以適應(yīng)各種不同長度和彎曲度的待測試樣。所述裝置的承重主體最好采用純鋼材質(zhì)，所述剪切刀具表面最好作拋光鍍鉻涂層處理。所述鉗具可采用純鋼材質(zhì)或硬度次于鋼質(zhì)的硬質(zhì)材質(zhì)，并最好也作拋光涂層處理。[0027]鑒于待測試樣的受力情況可知，如圖3所示，通過著力支架加載于水平承重力臂2的外加測試力F的力矩為M，即F Xlk = M，其中Ik為力矩原點到外加測試力的著力點的距離，并得到經(jīng)由水平承重力臂2傳導(dǎo)到待測試樣上的力為Fefl,相應(yīng)的力矩亦為M，即Feff X Os + d{) = M ,其中，IS為力矩原點到作用力的試樣著力點的距離，4為上述左側(cè)鉗具9的厚度。經(jīng)過簡化，可得知Feff = Fx Ik/Os+dO,該作用力于待測試樣所得剪切應(yīng)力為 T; = Feff/{lx b)，其中I、b分別為待測電纜芯試樣11呈豎直時的長度和直徑。當(dāng)待測電纜芯試樣呈彎曲時,如圖4所示,則上述I = (R1 + dOX 0 ,其中,Θ為彎曲角度，Ri為作用于左側(cè)鉗具的力臂長度，所述Θ可以根據(jù)在所述承重主體上附加的形變測量儀準(zhǔn)確度量得到的形變幾何參數(shù)計算所得。[0028]經(jīng)過實驗可知，所述裝置可適用于直徑范圍為5_25mm的待測試樣，待測試樣的厚度對于最終檢測結(jié)果并沒有明顯的影響，而該直徑范圍可以完全滿足碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切應(yīng)力測試要求。剪切測試結(jié)果會受待測試樣的長度影響，在保證試樣能夠在單純剪切應(yīng)力狀態(tài)斷裂的前提下，可以選用長度為線芯直徑的5倍、10倍以及20倍，并且對于最終結(jié)果作采樣統(tǒng)計分析，從而可以得到待測試樣的斷裂剪切應(yīng)力的估算值。[0029]相對于現(xiàn)有比較常用的剪切應(yīng)力測試方法，比如，短桿彎曲試驗法(Short Beam Bending)或者四點彎曲試驗法(4-Point Bending)等,本實用新型可以為待測試樣提供單純的剪切應(yīng)力狀態(tài)，而其他方法下剪切應(yīng)力狀態(tài)受試樣幾何外形影響較大，其測試結(jié)果也受復(fù)雜因素影響較大。[0030]本實用新型通過調(diào)整承重力臂及剪切刀具的位置和角度，不僅可以實現(xiàn)給待測試樣提供單純剪切應(yīng)力狀態(tài)，還適用于各種可能具有的不同彎曲程度的待測試樣。此外，通過本實用新型可以有效揭示出生產(chǎn)工藝中的各項參數(shù)對于最終產(chǎn)品性能的影響，例如，樹脂體固化特性、樹脂孔隙含量以及復(fù)合電纜芯的斷裂特性等，各個參數(shù)均可以通過調(diào)節(jié)生產(chǎn)線上的不同工藝環(huán)節(jié)來實現(xiàn)優(yōu)化，即為改善復(fù)合電纜芯生產(chǎn)工藝提供理論依據(jù)。同時，在不降低產(chǎn)品質(zhì)量和性能的前提下，可以使拉擠速度和產(chǎn)量實現(xiàn)最大化，從而提高產(chǎn)品效益。另外，簡單便捷的制備實現(xiàn)、較低的制備成本以及較少的實驗樣品的損耗率也是本實用新型相對于其他同類測試方法及設(shè)備的優(yōu)勢所在。[0031]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述裝置包括承重主體、鉗具以及著力支架，所述承重主體包括左側(cè)豎直承重力臂、右側(cè)豎直承重力臂、水平承重力臂以及左側(cè)剪切刀具和右側(cè)剪切刀具；所述水平承重力臂經(jīng)由旋轉(zhuǎn)固定栓與左側(cè)豎直承重力臂連接，所述左側(cè)剪切刀具通過第二固定螺釘安裝在水平承重力臂的右端上方，并且其在水平承重力臂上的水平位置可調(diào)，右側(cè)剪切刀具通過第三固定螺釘安裝在右側(cè)豎直承重力臂上，并能夠調(diào)節(jié)在右側(cè)豎直承重力臂上的豎直位置以及角度；所述鉗具置于水平承重力臂右端與右側(cè)豎直承重力臂之間，包括左側(cè)鉗具和右側(cè)鉗具，用于夾固待測電纜芯試樣；所述著力支架置于水平承重力臂的上方，用于將所承受的外力全部施加于水平承重力臂之上。
2.如權(quán)利要求I所述的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述左側(cè)豎直承重力臂通過第一固定螺釘能夠?qū)崿F(xiàn)高度的調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求I所述的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，在所述待測電纜芯試樣彎曲時，所述鉗具還包括左側(cè)附加鉗具和右側(cè)附加鉗具，所述左側(cè)附加鉗具置于所述左側(cè)鉗具與水平承重力臂右端之間，所述右側(cè)附加鉗具置于所述右側(cè)鉗具與右側(cè)豎直承重力臂之間，用于使鉗具表面與待測電纜芯試樣表面完全貼合，并緊密夾于水平承重力臂右端與右側(cè)豎直承重力臂之間。
4.如權(quán)利要求I或3所述的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述左側(cè)剪切刀具探出水平承重力臂右端的末端應(yīng)處于左側(cè)鉗具與待測電纜芯試樣的接觸面上，右側(cè)剪切刀具探出右側(cè)豎直承重力臂的末端應(yīng)處于右側(cè)鉗具與待測電纜芯試樣的接觸面上。
5.如權(quán)利要求I所述的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述著力支架與水平承重力臂的接觸面為線或者點，且著力支架為中軸線左右對稱結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求I所述的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述右側(cè)豎直承重力臂的高度固定，所述水平承重力臂能夠進(jìn)行水平方向上的位置微調(diào)。
7.如權(quán)利要求I所述的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述裝置外還設(shè)置可活動拆卸的、兩側(cè)閉合式遮罩，該遮罩兩側(cè)在接近待測電纜芯試樣處設(shè)置透明式觀測窗。
專利摘要本實用新型適用于機(jī)械檢測設(shè)備領(lǐng)域，提供了一種碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合電纜芯的剪切力學(xué)性能測試裝置，包括承重主體、鉗具以及著力支架，所述承重主體包括左側(cè)豎直承重力臂、右側(cè)豎直承重力臂、水平承重力臂以及左側(cè)剪切刀具和右側(cè)剪切刀具；水平承重力臂經(jīng)由旋轉(zhuǎn)固定栓與左側(cè)豎直承重力臂連接，左側(cè)剪切刀具通過第二固定螺釘安裝在水平承重力臂的右端上方，其在水平承重力臂上的水平位置可調(diào)，右側(cè)剪切刀具通過第三固定螺釘安裝在右側(cè)豎直承重力臂上，并能夠調(diào)節(jié)在右側(cè)豎直承重力臂上的豎直位置以及角度；所述鉗具置于水平承重力臂右端與右側(cè)豎直承重力臂之間，用于夾固待測電纜芯試樣；所述著力支架置于水平承重力臂的上方。
文檔編號G01N3/24GK202814811SQ20122042372
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者戚景贊, 林松, 李愛軍, 白瑞成, 胡凱, 懿萌, 馬紅喆, 馮謙 申請人:戚景贊