一種纖維增強複合材料扭轉測試裝置製造方法
2023-04-29 23:16:31
一種纖維增強複合材料扭轉測試裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種纖維增強複合材料扭轉測試裝置，包括機架、電機、導軌、牽拉機構和用於夾持纖維增強複合材料的轉動夾具和定位夾具，電機以轉軸水平放置設置在機架上，轉動夾具連接在電機的轉軸上，導軌置於電機轉軸前端的機架上，定位夾具滑動連接在導軌上並使夾持於轉動夾具和定位夾具之間的纖維增強複合材料位於電機轉軸的軸線位置上，牽拉機構連接定位夾具，並通過自重拉動定位夾具向測試樣繃直的方向滑動。該裝置能夠精確控制對轉角和完成相對轉角的時間，自動化程度高，避免了人為操作中的偶然誤差，測試結果精確可靠。
【專利說明】一種纖維增強複合材料扭轉測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及纖維增強複合材料性能測試設備【技術領域】，具體說是一種纖維增強複合材料扭轉測試裝置。
【背景技術】
[0002]與傳統建設材料鋼材相比，纖維增強複合材料(FRP)具有輕質、高強、耐久性好、便捷施工等一系列優點，近年來FRP在土木工程領域得到了越來越多的關注和應用。尤其到了 20世紀80年代後，FRP材料逐漸開始在土建交通領域得到了推廣應用，到90年代中期因日本阪神地震對土建交通基礎設施造成了極大的破壞，FRP迅速發展成為結構抗震加固的重要手段。FRP在土建交通結構中的廣泛應用，根據應用的目的不同，主要分為兩類:一是用於既有結構的加固修復，二是作為增強材料代替混凝土結構中的普通鋼筋或用於開發新型FRP-混凝土複合結構。FRP加固技術開始於20世紀80年代，主要特點在於不但能夠避免傳統加固方法施工周期長、難度大、費用高、複雜結構不易加固等缺點，而且不增加結構的原有尺寸、不額外增加結構的重量負擔、也不需要大型的施工設備和寬敞的施工空間。除用於結構的加固改造外，FRP材料在近20年來正在不斷嘗試用於增強結構新建，如國內外正在積極開展用FRP複合材料代替傳統鋼材製作混凝土結構的研究，以避免混凝土中鋼材腐蝕所帶來的危害。FRP在既有結構的加固和新建FRP-混凝土結構中都與巨大的應用空間，其力學性能自然要滿足土建交通基礎設施的要求，例如FRP的抗拉、抗剪、抗扭等性能。為推廣FRP在土建交通基礎設施中的應用，有必要對其各項力學性能做系統的測試。一般金屬材料扭轉性能測試系統，開始工作之後轉動夾頭即不停轉動直至試件破壞或者人工控制其停止；一般的FRP扭轉性能測試系統則需要人工控制轉動夾頭的轉角達到360°，以及需要人工控制試樣兩個相距標距長度的截面發生相對轉角達到360°的時間為120秒，人工操作進行測試的精確度較差，常常容易出現失誤和誤差，測試過程自動化程度低。一般的FRP扭轉性能測試系統則需要人工控制轉動夾頭的轉角達到360°，以及需要人工控制試樣兩個相距標距長度的截面發生相對轉角達到360°的時間為120秒。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對上述現有技術中的不足，提供一種高效、精確的纖維增強複合材料扭轉測試裝置。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
本發明的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，包括機架、電機、導軌、牽拉機構和用於夾持所述纖維增強複合材料的轉動夾具和定位夾具，所述電機以轉軸水平放置設置在所述機架上，所述轉動夾具連接在所述電機的轉軸上，所述導軌置於電機轉軸前端的機架上，所述定位夾具滑動連接在導軌上並使夾持於轉動夾具和定位夾具之間的所述纖維增強複合材料位於電機轉軸的軸線位置上，所述牽拉機構連接定位夾具，並通過自重拉動定位夾具向所述纖維增強複合材料繃直的方向滑動。
[0005]所述裝置進一步的設計在於，所述轉動夾具包括三爪卡盤和法蘭盤，所述法蘭盤連接在電機軸上，所述三爪卡盤同心連接在法蘭盤一側端面上。
[0006]所述裝置進一步的設計在於，所述定位夾具包括三爪卡盤和滑塊座，所述滑塊座滑動連接在導軌上，所述三爪卡盤連接在滑塊座上。
[0007]所述裝置進一步的設計在於，轉動夾頭與定位夾具之間設有用於保持測試材料呈水平狀態的支撐支架。
[0008]所述裝置進一步的設計在於，支撐支架包括連接座和調節杆，調節杆通過連接座連接在機架上，連接座中心設有螺孔，調節杆下端的圓周側面上設有外螺紋，調節杆通過外螺紋旋接在連接座的螺孔中，調節杆上端設有撐託測試材料的槽或孔，以保證試件處於直線狀態。
[0009]由於纖維增強複合材料具有一定柔性，設置牽拉機構對其進行拉拽，使能試樣材料保持直線狀態。牽拉機構可以有多種結構形式，例如:一種牽拉機構包括撐杆、拉繩和砝碼，撐杆轉動連接在機架上，撐杆兩側分別通過拉繩連接定位夾具和砝碼；再例如:另一種牽拉機構包括定滑輪、拉繩和砝碼，定滑輪轉動連接在機架上，拉繩一端連接定位夾具，一端連接砝碼，並繞接在定滑輪上，使砝碼垂吊在定滑輪下端。上述兩種結構的牽拉機構分別利用其自重並通過拉繩拉動牽定位夾具，使定位夾具沿繃直試件材料方向滑動，從而保持試件材料呈直線狀態。
[0010]為了方便準確控制轉動夾頭的轉動角度，所用的電機為步進電機。
[0011]本發明具有以下突出的有益效果:
本發明的纖維增強複合材料扭轉測試裝置能夠按照纖維增強複合材料(FRP)扭轉性能測試的規範要求進行試樣測試，能夠精確控制纖維增強複合材料試樣標距長度上的兩個面相對轉角和完成相對轉角的時間，自動化程度高，避免了人為操作中的偶然誤差，測試結果精確可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是實施例一的纖維增強複合材料扭轉測試裝置的結構示意圖；
圖2是一種支撐支架結構示意圖；
圖3是轉動夾具的結構示意圖；
圖4是定位夾具的結構示意圖；
圖5是實施例二的纖維增強複合材料扭轉測試裝置的結構示意圖；
圖6是另一種支撐支架結構示意圖；
圖中:1-電機，2-轉動夾頭，3-定位孔，4-試樣，5-定位夾具，6-直線導軌，7-砝碼，8-機架，9-拉繩，10-撐杆，11-定滑輪，12-三爪卡盤，13-連接座，14-調節杆，15-槽，16-孔，17-法蘭盤，18-滑塊座，19-調節螺杆，20-三爪卡盤上的三爪。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明:
參見圖1，本發明用於對纖維增強複合材料進行扭轉測試的裝置具有機架8，在機架8的一端連接電機1，該電機I以其轉軸呈水平方向放置，在電機I的轉軸上連接一轉動夾具2，轉動夾具2用於夾持纖維增強複合材料的試樣材料4的一端，試樣材料4的另一端夾持於定位夾具5中，定位夾具5滑動連接在導軌6上，而導軌6設置在電機I前端的機架8上，並使夾持於轉動夾具2和定位夾具5之間的試樣材料4在拉直後處於電機I的軸線位置上，一個牽拉機構連接定位夾具5，並通過其自重拉動定位夾具5向試樣4繃直的方向滑動。
[0014]一個優選的牽拉機構，包括撐杆10、拉繩9和砝碼7，撐杆10轉動連接在機架另一端，所述拉繩9 一端連接定位夾具一端連接撐杆10，同時砝碼7通過拉繩9連接撐杆10形成撐杆10繞鉸接點一個轉動力矩，該力矩使撐杆10順時針轉動而拉動定位夾具沿導軌滑動使試樣4繃緊，轉動力矩的大小可通過砝碼7連接於撐杆10不同位置進行調節，由此可調節試樣4繃緊的程度。
[0015]為使纖維增強複合材料保持較平直的水平狀態，本發明還採用了一個支撐支架3，該支撐支架3置於轉動夾頭2與定位夾具5之間。
[0016]如圖2，支撐支架3包括連接座13和調節杆14，連接座13中心設有螺孔，調節杆14上端面半圓槽15，下端圓周側面上設有與所述螺孔相適配的外螺紋，調節杆14通過外螺紋旋接在連接座13的螺孔中，使上端面上的半圓槽15的高度位置可調節。這樣中部的試樣4受到支撐支架3上端的半圓槽15面的撐託，以保證處於直線狀態。
[0017]本發明通過轉動夾具2和定位夾具5對試樣4進行快速夾緊，其轉動夾具2如圖3，包括三爪卡盤12和法蘭盤17，法蘭盤17連接在電機軸上，三爪卡盤12同心連接在法蘭盤17 —側端面上。如圖4，定位夾具5包括三爪卡盤12和滑塊座18，滑塊座18滑動連接在導軌6上，三爪卡盤12連接在滑塊座18上；試驗時將試樣4的兩端分別置於轉動夾具2和定位夾具5中的三爪卡盤12內，旋動三爪卡盤12上的調節螺杆19，三爪20向中心移動，夾緊試樣4。
[0018]本發明扭轉測試裝置不限於上述實施例，對上述第一個實施例的的一些機構或技術特徵進行替換，可形成新的實施例。例如將牽拉機構替換為如圖5所示的結構，將支撐支架3替換為如圖6所示的結構，其他的結構與第一個實施例相同就構成了本發明的第二個實施例。
[0019]在第二個實施例中，牽拉機構包括定滑輪11、拉繩9和砝碼7，定滑輪11轉動連接在機架8另一端，拉繩9 一端連接定位夾具5，一端連接砝碼7，並繞接在定滑輪11上，使砝碼7由自重垂吊在定滑輪11下端，砝碼7的重量拉動定位夾具5，使其沿導軌滑動使試樣4繃緊，從而使試樣4保持直線狀態。
[0020]在第二個實施例中，支撐支架3中的調節杆14上端設有定位孔3，試樣4穿接該孔16，試樣4受到該孔16內側面的撐託，使其保持證直線狀態。
[0021]第二個實施例中的其他結構和第一實施例相同不再一一贅述。
[0022]用本發明的纖維增強複合材料扭轉測試裝置進行測試時，可按下述步驟進行操作:
1、試樣4纖維增強複合材料準備:取待測試的纖維增強複合材料試樣4夾持在夾具上，試樣4的標距長度為170D (D為試樣4標稱直徑)，試樣4長度為標距長度加兩端鉗口的夾持長度。試樣4數量為每批不少於3根。
[0023]2、將試樣4兩端分別放入定位夾具5與轉動夾頭2內，調整定位夾具5在直線導軌6上的位置，使定位夾具5與轉動夾頭2之間的距離等於標距長度。
[0024]3、在定位夾具5另一側的拉杆上懸掛選定的破碼7,破碼7的重量不大於試樣4實驗拉斷力2%的，扭轉實驗開始前將試樣4拉直。
[0025]4、調整試樣4的軸線與夾具的軸線重合後，夾緊夾具。
[0026]5、按下電機I開關啟動電機I，控制電機I轉速為2r/min對試樣4進行扭轉實驗。試樣4兩端隨夾具在30秒內發生360°的相對轉角，扭轉後保持120秒，再將測試筋材試樣4反向勻速展直。
[0027]6、實驗記錄應註明:試樣4尺寸和標距長、懸掛砝碼7值、扭轉速度、到達的扭轉圈速等，並記錄外觀檢查:埠形狀及表面裂紋的描述等。
[0028]7、當測試筋材試樣4扭轉達到360°後，卸下試樣4，用肉眼或正常矯正視力觀察，芯材表面無可見裂紋、皺摺，表面不開裂、不斷裂者為合格品。
[0029]當扭轉圈數達到規定值一圈時，認為試樣4有效。但若扭轉埠在鉗口內或距鉗口的距離小於2D，且扭轉圈數為達到規定值時，應取試樣4重新實驗。
[0030]以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發明技術方案的範圍時，均屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於包括機架(8)、電機(I)、導軌(6)、牽拉機構和用於夾持所述纖維增強複合材料的轉動夾具(2)和定位夾具(5)，所述電機(I)以轉軸水平放置設置在所述機架(8 )上，所述轉動夾具(2 )連接在所述電機(I)的轉軸上，所述導軌(6)置於電機轉軸前端的機架(8)上，所述定位夾具(5)滑動連接在導軌(6)上並使夾持於轉動夾具(2)和定位夾具(5)之間的所述纖維增強複合材料位於電機轉軸的軸線位置上，所述牽拉機構連接定位夾具(5)，並通過自重拉動定位夾具(5)向所述纖維增強複合材料繃直的方向滑動。
2.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述轉動夾具(2)包括三爪卡盤(12)和法蘭盤(17)，所述法蘭盤(17)連接在電機軸上，所述三爪卡盤(12)同心連接在法蘭盤(17)—側端面上。
3.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述定位夾具(5 )包括三爪卡盤(12 )和滑塊座(18 )，所述滑塊座(18 )滑動連接在導軌(6 )上，所述三爪卡盤(12)連接在滑塊座(18)上。
4.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述轉動夾頭(2)與定位夾具(5)之間設有用於保持測試材料呈水平狀態的支撐支架(3)。
5.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述支撐支架(3)包括連接座(13)和調節杆(14)，所述調節杆(14)通過連接座(13)連接在機架上，所述連接座(13)中心設有螺孔，調節杆(14)下端的圓周側面上設有外螺紋，調節杆(14)通過所述外螺紋旋接在連接座(13)的螺孔中，調節杆(14)上端設有撐託測試材料的槽(15)或孔(16)。
6.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述牽拉機構(7)包括撐杆(10)、拉繩(9)和砝碼(7)，所述撐杆(10)轉動連接在機架(8)上，撐杆(10)兩側分別通過所述拉繩(9)連接定位夾具和砝碼(7)。
7.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述牽拉機構(7)包括定滑輪(11)、拉繩(9)和砝碼(7)，所述定滑輪(11)轉動連接在機架(8)上，所述拉繩(9) 一端連接定位夾具，一端連接砝碼(7)，並繞接在所述定滑輪(11)上，使砝碼(7)垂吊在所述定滑輪(11)下端。
8.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料扭轉測試裝置，其特徵在於，所述電機(I)為步進電機。
【文檔編號】G01N3/26GK104316417SQ201410592397
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】王展, 周洪偉, 吳智深, 汪昕, 朱中國, 宋進輝 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經濟技術研究院, 南京電力工程設計有限公司, 江蘇綠材谷新材料科技發展有限公司, 東南大學