试样、双轴力学测试方法、试样的制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料复杂载荷测试领域，特别涉及一种试样、双轴力学测试方法、试样的制备方法。


背景技术：

2.对于应用在实际结构上的复合材料层压板，其在很多情况下是承受双向力载荷而非单纯只承受单向应力载荷的。这是因为结构在实际使用环境中会承担复杂的载荷工况，受力的形式不是单一荷的。因此，通常强度测试中仅通过单向加载试验而获取的材料和结构强度并不能完全满足设计的需要。针对这个技术需求，需要实施双轴力学测试来获取双轴应力状态下的结构强度性能。
3.然而，目前对于双轴力学测试，无论是对于复合材料结构还是金属结构，主流的测试方法都是通过使用特制的双轴力学加载试验机直接施加拉伸和压缩载荷开展试验。此类双轴加载设备体积庞大、保有量少、控制系统复杂，导致目前双轴力学试验成本很高且试验资源紧张。
4.并且，对于双轴等载荷力学测试，通常都是使用十字型交叉试样。无论这种试样是采用单纯复材层压板形式还是复材夹芯结构形式的，由于十字型交叉试样构型的复杂性和其机械加工后废料量大的特点，其制造成本很高且制造工艺复杂。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：本实施例提供了一种试样，所述试样用于双轴力学测试，所述试样包括平板，所述平板的周边用于进行固定，所述平板的中部为工作段，所述工作段用于承受加载力并产生向上或向下的位移。
7.在本方案中，通过采用上述试样可以使用单轴加载设备完成双轴力学测试，从而避免使用特制的双轴加载设备进行力学测试，不仅降低了成本，还简化了操作，提高了测试效率。此外，相比于十字型交叉试样，平板试样可以有效减少机械加工产生的废料，制造成本更低，工艺更为简单。
8.较佳地，所述平板的表面设有蒙皮，所述蒙皮包括考核蒙皮和非考核蒙皮，所述考核蒙皮薄于所述非考核蒙皮。
9.在本方案中，将考核蒙皮设计地薄于非考核蒙皮，有助于考核蒙皮在试验中获得位于试样工作段的有效层压板破坏模式。
10.较佳地，所述平板的周边均设置芯材灌封。
11.在本方案中，通过在平板的周边均设置芯材灌封，以加强芯材强度，避免试验过程中芯材提前发生损坏。
12.较佳地，所述工作段包括开孔或冲击损伤。
13.在本方案中，通过在工作段的中央位置实施落锤冲击试验或开设所需尺寸的贯穿
孔，以考虑实际中复合材料层压板结构在服役期内需要承受难以被检查出的缺陷和损伤，提升对层压板强度的测试要求。
14.较佳地，所述平板的周边设有垫片。
15.在本方案中，通过设置垫片以更均匀分布所施加的载荷，避免试样在试验中由于加载工装接触力过分集中而导致的局部夹芯结构压溃的提前破坏现象。
16.本发明还提供了一种双轴力学测试方法，所述双轴力学测试方法应用于如权前描述的试样，所述双轴力学测试方法包括以下步骤：
17.s1、固定平板的周边，同时对所述平板的中部持续施加力并产生向上或向下的位移，使所述平板发生对称弯曲变形，采集所述工作段的应变数据。
18.在本方案中，通过采用上述测试方法，可以避免使用特制的双轴加载设备进行双轴力学测试，不仅降低了成本，还简化了操作，提高了测试效率。
19.本发明还提供了一种试样的制备方法，所述制备方法用于制备如前描述的试样，所述制备方法包括以下步骤：
20.s10、设计并加工出一块平板。
21.在本方案中，通过采用上述制备方法，制作简单，成本低。
22.较佳地，所述平板的表面设有蒙皮，所述蒙皮包括考核蒙皮和非考核蒙皮，s10中，在所述平板的表面设置蒙皮，并使所述考核蒙皮薄于所述非考核蒙皮。
23.较佳地，所述平板的周边均设置芯材灌封，所述制备方法包括以下步骤：
24.s11、对所述平板的周边使用灌封料进行芯材填充。
25.较佳地，所述工作段包括开孔或冲击损伤，所述制备方法还包括以下步骤：
26.s12、在所述平板上选取中央位置实施落锤冲击或开设贯穿孔。
27.较佳地，所述平板的周边设有垫片，所述制备方法还包括以下步骤：
28.s13、在所述平板的周边设置垫片。
29.本发明的积极进步效果在于：本发明提供的一种试样，所述试样用于双轴力学测试，所述试样包括平板，所述平板的周边用于进行固定，所述平板的中部为工作段，所述工作段用于承受加载力并产生向上或向下的位移。通过采用上述试样可以使用单轴加载设备完成双轴力学测试，从而避免使用特制的双轴加载设备进行力学测试，不仅降低了成本，还简化了操作，提高了测试效率。此外，相比于十字型交叉试样，平板试样可以有效减少机械加工产生的废料，制造成本更低，工艺更为简单。
附图说明
30.图1为本发明实施例的试样在进行双轴力学测试时的结构示意图。
31.图2为本发明实施例的试样在进行双轴力学测试时的结构示意图。
32.图3为本发明实施例的试样的结构示意图。
33.图4为本发明实施例的双轴力学测试方法的步骤示意图。
34.图5为本发明实施例的试样的制备方法的步骤示意图。
35.附图标记说明：
36.试样1
37.工作段11
38.考核蒙皮111
39.非考核蒙皮112
40.芯材灌封113
41.开孔114
42.简易支架2
43.加载工装3
具体实施方式
44.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在以下的实施例范围之中。
45.如图1-图3所示，本实施例提供了一种试样1，该试样1用于双轴力学测试，试样1包括平板，平板的周边用于进行固定，平板的中部为工作段11，工作段11用于承受加载力并产生向上或向下的位移。该试样1用于测量层压板在双轴载荷下的强度性能，其整体设计为复合材料夹芯结构的构型。具体地，该试样1的平面内形状设计为简单的正方形，便于试样1的制造加工，该正方形试样1的中央部位就是该试样1的工作段11，有效的破坏模式出现在该工作段11内。进行双轴力学测试时，使用简支固定该平板试样1的四边，同时对试样1中央实施向上或向下的位移，便可实现平板试样1的中央会向上或向下弯曲，由于板的弯曲应力作用，且由于该正方形平板中央弯曲是双轴完全对称的弯曲变形，故在试样1中央工作区的层压板上会呈现出双轴同等载荷的应力状态，实现对层压板的双轴等载荷力学试验。通过采用上述试样1可以使用单轴加载设备完成双轴力学测试，从而避免使用特制的双轴加载设备进行力学测试，不仅降低了成本，还简化了操作，提高了测试效率。此外，相比于十字型交叉试样1，平板试样1可以有效减少机械加工产生的废料，制造成本更低，工艺更为简单。在本实施例中，上述平板试样1是完全对称形式，在其他实施例中，上述平板试样1也可以为非完全对称形式，即可以为长方形。
46.如图2所示，进一步地，平板的表面设有蒙皮，蒙皮包括考核蒙皮111和非考核蒙皮112，考核蒙皮111薄于非考核蒙皮112。其中，考核蒙皮111和非考核蒙皮112分别贴于平板的上表面和下表面。在试验时，在考核蒙皮111上贴敷引伸计或应变计以测量该试样1的平面内应变或位移数据，能直观且及时掌握数据。并且，将考核蒙皮111设计地薄于非考核蒙皮112，有助于考核蒙皮111在试验中获得位于试样1工作段11的有效层压板破坏模式。
47.进一步地，平板的周边均设置芯材灌封113。具体地，在加工过程中应对平板夹芯结构芯材强度较弱的位置和平板周边附近未来用于接触加载工装3的区域实施灌封料填充芯材，以加强芯材强度，避免试验过程中芯材提前发生损坏。
48.如图3所示，进一步地，工作段11包括开孔114或冲击损伤。具体地，在工作段11的中央位置实施落锤冲击试验或开设所需尺寸的贯穿孔，以在双轴力学测试试样1中引入冲击损伤或贯穿开孔114特征，以考虑实际中复合材料层压板结构在服役期内需要承受难以被检查出的缺陷和损伤，提升对层压板强度的测试要求。该正方形夹芯结构平板试样1的边长应设计得足够长来保证中央开孔114或冲击损伤具备充分的边距长度。另外，充分的边长也是保证工作段11距离试样1边界足够远，避免边界效应的必要设计。通常建议该类试样1的边长是中央工作段11直径的4倍以上。
49.进一步地，平板的周边设有垫片。具体地，在平板周边与加载工装3的接触面粘贴垫片，以更均匀分布所施加的载荷，以避免试样1在试验中由于加载工装3接触力过分集中而导致的局部夹芯结构压溃的提前破坏现象。
50.如图1、图2、图4所示，本实施例还提供了一种双轴力学测试方法，该双轴力学测试方法应用于如前描述的试样1，双轴力学测试方法包括以下步骤：
51.s1、固定平板的周边，同时对平板的中部持续施加力并产生向上或向下的位移，使所述平板发生对称弯曲变形，采集所述工作段11的应变数据。
52.具体地，该试样1还包括蒙皮，蒙皮位于平板的上表面和下表面，其中，蒙皮包括考核蒙皮111和非考核蒙皮112，考核蒙皮111薄于非考核蒙皮112。测试时，使用简易支架2固定该平板试样1的四边，同时对试样1中央实施向上或向下的位移，便可实现平板试样1的中央会向上或向下弯曲，由于板的弯曲应力作用，且由于该正方形平板中央弯曲是双轴完全对称的弯曲变形，故在试样1中央工作区的层压板上会呈现出双轴同等载荷的应力状态，实现对层压板的双轴等载荷力学试验，对试样1持续施加更大位移和弯曲变形直至工作段11考核蒙皮111出现最终破坏，至此试验结束并获得双轴应力下的破坏强度。其中，加载工装3为一圈圆环形的圆柱体结构，该圆环直径即为工作段11的直径范围，加载时其压在中央工作区蒙皮上并施加向上或向下的位移。通过采用上述测试方法可以使用单轴加载设备完成双轴力学测试，从而避免使用特制的双轴加载设备进行力学测试，不仅降低了成本，还简化了操作，提高了测试效率。
53.如图5所示，本实施例还提供了一种试样1的制备方法，该制备方法用于制备如前描述的试样1，制备方法包括以下步骤：s10中，设计并加工出一块平板。具体地，该平板为复合材料夹芯结构，平板的上下表面设有蒙皮，其中一面是考核蒙皮111，另一面是非考核蒙皮112，考核蒙皮111特意设计为薄于非考核蒙皮，有助于考核蒙皮111在试验中获得位于试样1工作段11的有效层压板破坏模式。s11中，对平板的周边使用灌封料进行芯材填充。具体地，对夹芯结构芯材强度较弱的方向和夹芯板周边附近未来用于接触加载工装3的区域实施灌封料填充芯材，用以加强这些区域的芯材强度，避免试验过程中芯材提前发生损坏。s12中，在平板上选取中央位置实施落锤冲击或开设贯穿孔。具体地，在上述夹芯结构平板上选取适当的中央位置实施落锤冲击试验或开设所需尺寸的贯穿孔，以考虑实际中复合材料层压板结构在服役期内需要承受难以被检查出的缺陷和损伤，提升对层压板强度的测试要求。该正方形夹芯结构平板试样1的边长应设计得足够长来保证中央开孔114或冲击损伤具备充分的边距长度。另外，充分的边长也是保证工作段11距离试样1边界足够远，避免边界效应的必要设计。通常建议该类试样1的边长是中央工作段11直径的4倍以上。s13中，在平板的周边设置垫片。具体地，对试样1上的工装接触位置粘贴金属或玻璃纤维复合材料的垫片，用于更均匀地分布试验中工装施加给试样1的接触力，避免因接触力过分集中而导致的局部夹芯结构压溃的提前破坏现象。通过采用上述制备方法，制作简单，成本低。
54.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种试样，所述试样用于双轴力学测试，其特征在于，所述试样包括平板，所述平板的周边用于进行固定，所述平板的中部为工作段，所述工作段用于承受加载力并产生向上或向下的位移。2.如权利要求1所述的试样，其特征在于，所述平板的表面设有蒙皮，所述蒙皮包括考核蒙皮和非考核蒙皮，所述考核蒙皮薄于所述非考核蒙皮。3.如权利要求1所述的试样，其特征在于，所述平板的周边均设置芯材灌封。4.如权利要求1所述的试样，其特征在于，所述工作段包括开孔或冲击损伤。5.如权利要求1所述的试样，其特征在于，所述平板的周边设有垫片。6.一种双轴力学测试方法，其特征在于，所述双轴力学测试方法应用于如权利要求1所述的试样，所述双轴力学测试方法包括以下步骤：s1、固定平板的周边，同时对所述平板的中部持续施加力并产生向上或向下的位移，使所述平板发生对称弯曲变形，采集所述工作段的应变数据。7.一种试样的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1所述的试样，所述制备方法包括以下步骤：s10、设计并加工出一块平板。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述平板的表面设有蒙皮，所述蒙皮包括考核蒙皮和非考核蒙皮，s10中，在所述平板的表面设置蒙皮，并使所述考核蒙皮薄于所述非考核蒙皮。9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述平板的周边均设置芯材灌封，所述制备方法包括以下步骤：s11、对所述平板的周边使用灌封料进行芯材填充。10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述工作段包括开孔或冲击损伤，所述制备方法还包括以下步骤：s12、在所述平板上选取中央位置实施落锤冲击或开设贯穿孔。11.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述平板的周边设有垫片，所述制备方法还包括以下步骤：s13、在所述平板的周边设置垫片。

技术总结
本发明公开了一种试样、双轴力学测试方法、试样的制备方法，所述试样用于双轴力学测试，所述试样包括平板，所述平板的周边用于进行固定，所述平板的中部为工作段，所述工作段用于承受加载力并产生向上或向下的位移。通过采用上述试样可以使用单轴加载设备完成双轴力学测试，从而避免使用特制的双轴加载设备进行力学测试，不仅降低了成本，还简化了操作，提高了测试效率。此外，相比于十字型交叉试样，平板试样可以有效减少机械加工产生的废料，制造成本更低，工艺更为简单。工艺更为简单。工艺更为简单。


技术研发人员：余天竑 刘同 周冰洁
受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2023/9/12