復(fù)合材料測試的工裝夾具
【概要描述】
材料測試的結(jié)果是否科學(xué)正確不僅僅取決于試驗(yàn)方法和設(shè)備，還有了解被測材料的特性從而選擇符合正確的工裝夾具同樣至關(guān)重要。
Q:為什么新材料需要測試？
A:航空航天工業(yè)和汽車行業(yè)持續(xù)推動(dòng)輕量型鋼材，高強(qiáng)鋁材以及復(fù)合材料的發(fā)展。這些行業(yè)中需要確定這些材料的特性時(shí)，需要精確材料試驗(yàn)機(jī)得到的測試結(jié)果。有些材料試驗(yàn)機(jī)的測量精度高達(dá)毫牛(mN）或微米(μm)。
盡管材料試驗(yàn)機(jī)是測試中最重要的組成部分，但試驗(yàn)工裝夾具也是十分重要的。不管是看似簡單的壓盤還是液壓拉伸夾具，工裝夾具都是材料測試的關(guān)鍵組成部分，而且每種類型的試驗(yàn)都不盡相同。
一、拉伸
拉伸夾具是材料測試中最常見的夾具類型之一。試驗(yàn)?zāi)康暮芎唵危壕褪菍悠饭潭ㄔ谠O(shè)備上，以便進(jìn)行拉伸測試。盡管基本目的一致，但市場上有各種各樣具有不同夾持方法，不同對中能力和適合不同溫度范圍的夾具。
對復(fù)合材料進(jìn)行測試時(shí)，各向異性的特性使碳纖維層壓板對彎曲度和試樣對中性極為敏感。為了消除彎曲度的影響，制造廠商通常使用對中環(huán)來確保在測試過程中以純張力拉伸試樣。將配有應(yīng)變片的試樣放入測試系統(tǒng)中，并拉伸至特定的負(fù)載，通過試樣的不同側(cè)面上測得的應(yīng)變來評估加載鏈?zhǔn)欠駥χ?。接著，在軟件的指?dǎo)下調(diào)整對中環(huán)，以使應(yīng)變差異最小化，從而使系統(tǒng)加載鏈對中度滿足試驗(yàn)需求。
Tips：
1.試樣對中裝置：許多夾具提供固定的物理擋塊，從而提高操作人員在放置試樣時(shí)的可重復(fù)性。這也可以確保當(dāng)試樣放入夾具時(shí)可以平行于加載鏈軸線。
2.夾具主體的對稱性：不對稱的夾具在測試過程中可能會在偏斜的方向上彈性拉伸，從而使樣品彎曲。
3.作動(dòng)機(jī)構(gòu)：如果選擇手動(dòng)操作的夾具，則在夾緊試樣時(shí)夾具不能轉(zhuǎn)動(dòng)，否則會在測試過程中引起扭曲。液壓夾具解決方案可提供可重復(fù)的夾緊效果以及可調(diào)節(jié)的夾持力，從而在減少試樣打滑現(xiàn)象的同時(shí)避免破壞復(fù)合材料試樣。
二、壓縮
壓縮工裝可以模擬材料在各種應(yīng)用中所承受的加載模式。與各向同性的金屬不同，復(fù)合材料的性能在不同的受力狀態(tài)下可能會發(fā)生巨大的變化。事實(shí)證明，由于層壓板彎曲時(shí)產(chǎn)生層與層之間的薄弱點(diǎn)，復(fù)合層壓板的壓縮測試就特別困難。除非正確支撐，否則這些薄弱點(diǎn)會導(dǎo)致層壓板彎曲?？梢钥紤]采用ASTM D695，ISO 14126方法2的端部加載，設(shè)計(jì)固定裝置沿層壓板長度方向支撐試樣，以防止試樣在壓縮過程中彎曲。
不同的工裝組合了不同類型的加載模式。例如，ASTM D6641是剪切加載和端部加載結(jié)合的復(fù)合加載。這些固定工裝通常沿層壓板樣品的一部分長度支撐層壓板樣品，從而允許剪切應(yīng)力累積在樣品的中心位置。
三、剪切
復(fù)合層壓板結(jié)構(gòu)中碳纖維編織層的層間強(qiáng)度較弱，其大部分強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)中使用的環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度?？梢钥紤]使用各種固定工裝來確定粘結(jié)強(qiáng)度以及編織層本身的剪切強(qiáng)度。
層間剪切強(qiáng)度（ASTMD2344，ISO 14130）通常在裝有導(dǎo)向的彎曲工裝下進(jìn)行測試，而復(fù)合結(jié)構(gòu)之間的層測試則通過其他工裝，例如夾層結(jié)構(gòu)平面拉伸夾具（ASTM C297）和滾筒剝離夾具（ASTM D1781）。所有這些配置旨在表征當(dāng)平面外力施加在組件上時(shí)復(fù)合材料的強(qiáng)度。剪切裝置在V型缺口剪切測試（ASTMD5379，ASTM D7078）中也用于測量面內(nèi)特性。
四、沖擊
與航空航天和汽車行業(yè)應(yīng)用中使用的其他材料不同，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常不具有塑性變形的能力。
沖擊后壓縮（ASTMD7137）滿足了復(fù)合材料在層間損壞后的殘余強(qiáng)度。初始沖擊測試通常是使用裝有防反彈裝置的落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。
復(fù)合材料工裝夾具在測試中起著十分重要的作用，如果選擇不正確的工裝夾具，那么測試的結(jié)果將變得毫無意義。除了以上常見工裝夾具外，航空航天行業(yè)和汽車行業(yè)還使用了無數(shù)其他工裝夾具，以確保滿足相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和測試規(guī)范。力試能夠提供適用于許多不同要求測試的解決方案：楔形夾具、液壓夾具、壓縮試驗(yàn)工裝、彎曲試驗(yàn)工裝和剪切試驗(yàn)工裝等均能滿足相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
