一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具

摘要

本发明提供了一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，包括上座体和下座体，上座体与下座体通过滑动组件沿竖直方向滑动连接；所述上座体和下座体相对的一端上均设有一用于夹持试验件端头的夹持结构，各座体均设有一用于沿纵向方向压紧试验件端头的压块以及一用于向对应压块施加载荷的加载结构；各座体上位于试验件的左右两侧还分别可拆卸连接有一用于限制试验件左右移动的侧挡块；本发明提供一种能保证偏轴压缩试件受力均匀，适用于复合材料偏轴压缩试验使用的试验夹具。

权利要求

1.一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，其特征在于，包括上座体（4）和下座体（9），上座体（4）与下座体（9）通过滑动组件沿竖直方向滑动连接；

所述上座体（4）和下座体（9）相对的一端上均设有一用于夹持试验件（3）端头的夹持结构，各座体均设有一用于沿纵向方向压紧试验件（3）端头的压块（10）以及一用于向对应压块（10）施加载荷的加载结构；各座体上位于试验件（3）的左右两侧还分别可拆卸连接有一用于限制试验件（3）左右移动的侧挡块（8）；

所述夹持结构包括开设于座体上的夹块钳口（6）、试验件（3）的夹持端位于夹块钳口（6）之间，且试验件（3）的两个被夹持面和夹块钳口（6）之间均夹持有一夹块（5），夹块（5）为楔形结构，楔形结构的斜面向中心倾斜，所述夹块钳口（6）与夹块（5）接触的面也为向中心倾斜的楔形斜面，保证夹块钳口（6）与夹块（5）紧密贴合，所述压块（10）用于沿纵向方向压紧试验件（3）和夹块（5）端头；

所述加载结构为紧定螺钉（1）；各座体上均开设有用于与紧定螺钉（1）配合的螺纹孔，紧定螺钉（1）从各座体上开设的螺纹孔旋入，紧定螺钉（1）逐渐旋入并与压块（10）接触，接触后紧定螺钉（1）继续旋入给压块（10）施加载荷用来压紧试验件（3）和夹块（5）端头。

2.如权利要求1所述的一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，其特征在于，所述夹块（5）与试验件（3）的被夹持面接触的一侧为带齿面，试验件（3）两侧夹块（5）的带齿面相互平行以便和试验件（3）的两个被夹持面紧密贴合。

3.如权利要求1所述的一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，其特征在于，所述侧挡块（8）一侧固定有凸出部；所述各座体上均开设有与侧挡块（8）凸出部配合的凹陷部，凸出部伸入到凹陷部内用于限制所述压块（10）、夹块（5）和试验件（3）的横向运动。

4.如权利要求1所述的一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，其特征在于，所述滑动组件包括纵向的导杆（7），导杆（7）下端固定在所述下座体（9）上，导杆（7）上端穿过所述上座体（4）并与其滑动连接，导杆（7）上端还套设有直线轴承（2），直线轴承（2）固定在上座体（4）内部。

5.如权利要求1所述的一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，其特征在于，所述滑动组件的数量为两个，两个滑动组件对称分布在所述夹块钳口（6）的左右两侧。

6.如权利要求1所述的一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，其特征在于，所述侧挡块（8）通过螺钉与所述各座体（4）可拆卸连接。

说明书

一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具

技术领域

[0001] 本发明属于纤维增强复合材料试验技术领域，特别涉及一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具。

背景技术

[0002] 纤维增强复合材料在现代航空航天结构中被越来越广泛的应用。只有准确掌握复合材料的基本力学性能，才能充分利用其性能优势，设计更为合理的基于复合材料的结构。
复合材料有着不同于金属材料的力学特性，因此需要研究复合材料在复杂应力状态下的力
学响应。通过复合材料单向板偏轴压缩试验，可以研究材料在压缩和剪切混合应力状态下
的力学响应和强度性能。

[0003] 测定材料基本力学性能的主要设备是万能试验机，对于端部为片状的复合材料压缩试件，必须设计相应的专用夹具。而复合材料单向板的偏轴压缩试验没有推荐的试验标
准。参考文献1(Bing Q,Sun C T.Specimen size effect in off‑axis compression 
tests of fiber composites[J].Composites Part B‑engineering,2008,39(1):20‑26.)
采用长方体形偏轴试件直接放置于试验机平台上进行压缩试验的方法，结果表明该偏轴试
验方法存在如下缺点：(1)试件两端缺少横向支撑，压缩试验过程中试件两端易出现滑动；
(2)试验过程中可能会出现沿纤维方向劈裂现象；(3)压缩载荷直接加载在试件两端，易造
成试件端部膨胀及压溃。参考文献2(Wang J,Xiao Y,Inoue K,et al.Modeling of 
nonlinear response in loading‑unloading tests for fibrous composites under 
tension and compression[J].Composite Structures,2019:894‑908)根据ASTM D3410聚
合物基复合材料压缩试验标准，采用带有加强片的偏轴压缩试件进行试验，结果表明对于
45°偏轴压缩试件，试验过程中易出现失稳现象；且该楔形压缩夹具随着施加载荷的增加，
夹持力变大，会造成试件夹持过紧，甚至出现试件或者加强片夹碎的现象。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种适用于复合材料偏轴压缩试验使用，解决了现有技术中的非标复合材料偏轴压缩试验结果不理想、试验效率低
等问题，同时还能保证偏轴压缩试验件受力均匀的复合材料层合板偏轴压缩试验夹具。

[0005] 本发明的技术方案是：一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，包括上座体和下座体，上座体与下座体通过滑动组件沿竖直方向滑动连接；

[0006] 所述上座体和下座体相对的一端上均设有一用于夹持试验件端头的夹持结构，各座体均设有一用于沿纵向方向压紧试验件端头的压块以及一用于向对应压块施加载荷的
加载结构；各座体上位于试验件的左右两侧还分别可拆卸连接有一用于限制试验件左右移
动的侧挡块。

[0007] 上述夹持结构包括开设于座体上的夹块钳口、试验件位于夹块钳口之间，且试验件的两个被夹持面和夹块钳口之间均夹持有一夹块，夹块为楔形结构，楔形结构的斜面向
中心倾斜，所述夹块钳口与夹块接触的面也为向中心倾斜的楔形斜面，保证夹块钳口与夹
块紧密贴合；所述压块用于沿纵向方向压紧试验件和夹块端头。

[0008] 上述加载结构为紧定螺钉；所述各座体上均开设有用于与紧定螺钉配合的螺纹孔，紧定螺钉从各座体上开设的螺纹孔旋入，紧定螺钉逐渐旋入并与压块接触，接触后紧定
螺钉继续旋入给压块施加载荷用来压紧试验件和夹块端头。

[0009] 上述夹块与试验件的被夹持面接触的一侧为带齿面，试验件两侧夹块的带齿面相互平行以便和试验件的两个被夹持面紧密贴合。

[0010] 上述侧挡块一侧固定有凸出部；所述各座体上均开设有与侧挡块凸出部配合的凹陷部，凸出部伸入到凹陷部内用于限制所述压块、夹块和试验件的横向运动。

[0011] 上述滑动组件包括纵向的导杆，导杆下端固定在所述下座体上，导杆上端穿过所述上座体并与其滑动连接，导杆上端还套设有直线轴承，直线轴承固定在上座体内部。

[0012] 上述滑动组件的数量为两个，两个滑动组件对称分布在所述夹块钳口的左右两侧。

[0013] 上述侧挡块通过螺钉与所述各座体可拆卸连接。

[0014] 本发明的有益效果：

[0015] 1、本申请提供的复合材料偏轴压缩试验夹具装置，适用于复合材料偏轴压缩试验，解决了现有的无缺口压缩试验标准夹具不适用于复合材料偏轴压缩试验的问题，以现
有技术中ASTM D3410标准无缺口压缩试验夹具为例，用于复合材料偏轴压缩时可能会造成
的试件夹持端夹碎以及加载不均匀带来的应力集中等问题，所以现有技术中的ASTM D3410
标准无缺口压缩试验夹具并不适用于复合材料偏轴压缩试验。

[0016] 2、本申请在安装过程中，通过旋入紧定螺钉推动压块，进而推动夹块在夹块钳口内滑动，使得一对夹块的平行带齿面相对平行移动，实现对试件端部两面的均匀夹持。且通
过紧定螺钉可以调节夹持力，适度的夹持力使得试件不需要粘贴加强片，简化试验过程。

[0017] 3、本申请利用上下夹紧机构夹持试件，在加载过程中紧定螺钉、压块、夹块作为整体向试件施加载荷，其中压块向试件端部施加压力，夹块向试件表面施加恒定夹持力和摩
擦力，既避免因缺少侧向夹持造成的试件失稳，打滑和端头压溃等现象，也避免了使用ASTM 
D3410标准无缺口压缩试验夹具楔形夹块的夹持力随施加载荷增加过度夹紧造成的试件夹
碎，方便拆卸。

附图说明

[0018] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0019] 图2为本发明的剖视图；

[0020] 图3为本发明下座体与其上安装的侧挡块的结构示意图；

[0021] 图4为本发明压块的结构示意图；

[0022] 图5为本发明夹块与试验件配合的结构示意图。

[0023] 1、紧定螺钉；2、轴承；3、试验件；4、上座体；5、夹块；6、夹块钳口；7、导杆；8、侧挡块；9、下座体；10、压块。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

[0025] 实施例1：

[0026] 本发明实施例提供了一种复合材料层合板偏轴压缩试验夹具，包括上座体4和下座体9，上座体4与下座体9通过滑动组件沿竖直方向滑动连接；

[0027] 所述上座体4和下座体9相对的一端上均设有一用于夹持试验件3端头的夹持结构，各座体均设有一用于沿纵向方向压紧试验件3端头的压块10以及一用于向对应压块10
施加载荷的加载结构；各座体上位于试验件3的左右两侧还分别可拆卸连接有一用于限制
试验件3左右移动的侧挡块8。

[0028] 进一步地，所述夹持结构包括开设于座体上的夹块钳口6、试验件3位于夹块钳口6之间，且试验件3的两个被夹持面和夹块钳口6之间均夹持有一夹块5，夹块5为楔形结构，楔
形结构的斜面向中心倾斜，所述夹块钳口6与夹块5接触的面也为向中心倾斜的楔形斜面，
保证夹块钳口6与夹块5紧密贴合；所述压块10用于沿纵向方向压紧试验件3和夹块5端头。

[0029] 进一步地，所述加载结构为紧定螺钉1；所述各座体上均开设有用于与紧定螺钉1配合的螺纹孔，紧定螺钉1从各座体上开设的螺纹孔旋入，紧定螺钉1逐渐旋入并与压块10
接触，接触后紧定螺钉1继续旋入给压块10施加载荷用来压紧试验件3和夹块5端头。

[0030] 进一步地，所述侧挡块8一侧固定有凸出部；所述各座体上均开设有与侧挡块8凸出部配合的凹陷部，凸出部伸入到凹陷部内用于限制所述压块10、夹块5和试验件3的横向
运动；所述侧挡块8通过螺钉与所述各座体4可拆卸连接。

[0031] 本申请中上座体4为“凹型”构造，夹块钳口6位于“凹型”结构中部，夹块钳口6之间放置有用于夹持试验件3的夹块5，夹块5与夹块钳口6接触的一侧紧密贴合，夹块5上方就是
长方体压块10，压块10放置上座体4开设的凹槽内；上座体4顶部中央设置有螺孔，在螺孔内
自上而下旋入紧定螺钉1，紧定螺钉1上方就是长方体压块10，该压块10下表面设有与紧定
螺钉1下端头相匹配的凹陷；通过将紧定螺钉1旋入螺孔并延伸至压块10的凹陷内，压块10
推动夹块5在夹块钳口6内滑动，使得一对夹块5的平行带齿面相对平行移动，实现对试验件
3上端两面的均匀夹持，且通过紧定螺钉1可以调节夹持力，适度的夹持力使得试件不需要
粘贴加强片，简化试验过程；

[0032] 本申请中下座体9为“凹型”结构，夹块钳口6位于“凹型”结构中部，夹块钳口6之间放置有用于夹持试验件3的夹块5，夹块5与夹块钳口6接触的一侧紧密贴合，夹块5下方就是
长方体压块10，压块10放置下座体9开设的凹槽内，在下座体9底部中央设置有螺纹孔，在螺
纹孔内自下而上旋入紧定螺钉1，紧定螺钉1上方就是长方体压块10，该压块10下表面有与
紧定螺钉1上端头相匹配的凹陷；通过将紧定螺钉1旋入螺孔并延伸至压块10的凹陷内，压
块10推动夹块5在夹块钳口6内滑动，使得一对夹块5的平行带齿面相对平行移动，实现对试
验件3下端两面的均匀夹持，且通过紧定螺钉1可以调节夹持力，适度的夹持力使得试件不
需要粘贴加强片，简化试验过程；

[0033] 本申请中各座体上位于试验件3的左右两侧还分别可拆卸连接有一用于限制试验件3左右移动的侧挡块8，侧挡块8为“凸”型结构，各座体内均开设有与侧挡块8“凸”型结构
配合的凹槽，凸块伸入到凹槽内用于限制所述压块10、夹块5和试验件3端部的横向运动，为
试验件3端部提供横向支撑，避免试验件3端部出现滑动，避免试验件3因端部缺少支撑而在
加载时出现打滑、失稳、试件劈裂或者端部压溃等现象，同时侧挡块8还与压块10，夹块钳口
6和夹块5共同约束来实现将试验件端部适度夹紧；

[0034] 本申请不仅能够避免非标复合材料单向板试验件在压缩试验过程中出现失稳、劈裂、端头滑动或膨胀压溃等现象，而且在加载过程中作为整体施加载荷，夹紧力不会随所施
加载荷变化，避免施加过大夹紧力夹碎试件，且方便拆卸；

[0035] 实施例2：

[0036] 本实施例基于实施例1，所述夹块5与试验件3的被夹持面接触的一侧为带齿面，试验件3两侧夹块5的带齿面相互平行以便和试验件3的两个被夹持面紧密贴合。

[0037] 本申请中夹块5为楔形结构，夹块钳口6与夹块5接触的面也为楔形斜面，楔形斜面向中心倾斜，且内侧斜面延伸至上座体4或者延伸至下座体9内部，现以下座体9为例说明，
夹块钳口6位于下座体9中央并且与下座体9一体加工成型；楔形结构夹块5的直角面设置有
多条齿纹，每相邻两条齿纹之间距离相等，各齿纹相互平行，试验件3下端用两个夹块5从两
侧对称夹持，两个夹块5位于夹块钳口6之间，夹块5的斜面平行与夹块钳口6的内侧面，夹块
5与夹块钳口6通过面‑面接触配合。

[0038] 实施例3：

[0039] 本实施例基于实施例1，所述滑动组件包括纵向的导杆7，导杆7下端固定在所述下座体9上，导杆7上端穿过所述上座体4并与其滑动连接，导杆7上端还套设有直线轴承2，直
线轴承2固定在上座体4内部；

[0040] 所述滑动组件的数量为两个，两个滑动组件对称分布在所述夹块钳口6的左右两侧。

[0041] 本申请中的导杆为长圆柱体结构，上座体4与下座体9通过滑动组件滑动连接，在使用时两个夹持机构的夹具能够相对滑动使其适用于不同尺寸的偏轴压缩试件，且便于使
用DIC、应变片等测量设备。

[0042] 工作原理：

[0043] 本申请提供的复合材料层合板偏轴压缩试验夹具装置，适用于适用的试件形式为长不小于36mm，宽10～16mm，厚2～4mm的长方形板；

[0044] 在使用时上座体4的夹块钳口6之间放置有用于夹持试验件3的夹块5，夹块5与夹块钳口6接触的一侧紧密贴合，夹块5上方就是长方体压块10，压块10放置上座体4开设的凹
槽内；上座体4顶部中央设置有螺孔，在螺孔内自上而下旋入紧定螺钉1，紧定螺钉1上方就
是长方体压块10，该压块10下表面设有与紧定螺钉1下端头相匹配的凹陷；通过将紧定螺钉
1旋入螺孔并延伸至压块10的凹陷内，压块10推动夹块5在夹具钳口6内滑动，使得一对夹块
5的平行带齿面相对平行移动，实现对试件端部两面的均匀夹持，将非标复合材料偏轴压缩
试验件3上端夹紧；

[0045] 在使用时下座体9的夹块钳口6之间放置有用于夹持试验件3的夹块5，夹块5与夹块钳口6接触的一侧紧密贴合，夹块5下方就是长方体压块10，压块10放置下座体9开设的凹
槽内，在下座体9底部中央设置有螺纹孔，在螺纹孔内自下而上旋入紧定螺钉1，紧定螺钉1
上方就是长方体压块10，该压块10下表面有与紧定螺钉1上端头相匹配的凹陷；通过将紧定
螺钉1旋入螺孔并延伸至压块10的凹陷内，压块10推动夹块5在夹具钳口6内滑动，使得一对
夹块5的平行带齿面相对平行移动，实现对试件端部两面的均匀夹持，将非标复合材料偏轴
压缩试验件3下端夹紧；

[0046] 本申请中各座体上位于试验件3的左右两侧还分别可拆卸连接有一用于限制试验件3左右移动的侧挡块8，侧挡块8为“凸”型结构，各座体内均开设有与侧挡块8“凸”型结构
配合的凹槽，凸块伸入到凹槽内用于限制所述压块10、夹块5和试验件3端部的横向运动，为
试验件3端部提供横向支撑，避免试验件3端部出现滑动，避免试验件3因端部缺少支撑而在
加载时出现打滑、失稳、试件劈裂或者端部压溃等现象，同时侧挡块8还与压块10，夹块钳口
6和夹块5共同约束来实现将试验件端部适度夹紧；

[0047] 上座体4和下座体9放置时两个凹槽相对；将下座体9上固定的两个导杆7分别插入到上座体4上开设的通孔和上座体4上固定的直线轴承中，两个导杆7互相平行；

[0048] 综上所述，本发明实施例提供了一种适用于复合材料偏轴压缩试验使用，解决了现有技术中的非标复合材料偏轴压缩试验结果不理想，试验效率低等问题，同时还能保证
偏轴压缩试验件受力均匀的复合材料层合板偏轴压缩试验夹具装置。

[0049] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。