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原文传递一种连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置及方法

专利名称：	一种连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置及方法
摘要：	本发明公开了一种连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置，包括抛磨装置1、柱台7和观测固定装置13，其中：所述抛磨装置1的顶面为一个倾斜角为θ的抛磨装置斜面2，沿着抛磨装置斜面2的倾斜方向设置有抛磨装置水平矩形槽3，所述柱台7的顶面设置有倾斜角为θ的柱台矩形斜槽8，沿着柱台矩形斜槽8的倾斜方向设置有纤维推出槽9，所述观测固定装置13的顶面设置有倾斜角为θ的观测固定装置矩形斜槽；本发明的夹具均采用矩形槽设计，适用于不同直径纤维和不同截面形状试样的推入拔出试验，可用于多种复合材料包括陶瓷基复合材料、金属基复合材料、树脂基复合材料等的界面剪切强度测试。
专利类型：	发明专利
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	宋迎东;陈西辉;丁俊杰;牛序铭;孙志刚;靳彧
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T13:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010030502.4
公开号：	CN111189703A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	孟捷
分类号：	G01N3/08;G01N3/04;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/08;G01N3/04;G01N3/06
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置，其特征在于：包括抛磨装置(1)、柱台(7)和观测固定装置(13)，其中：所述抛磨装置(1)的顶面为一个倾斜角为θ的抛磨装置斜面(2)，沿着抛磨装置斜面(2)的倾斜方向设置有抛磨装置水平矩形槽(3)，所述柱台(7)的顶面设置有倾斜角为θ的柱台矩形斜槽(8)，沿着柱台矩形斜槽(8)的倾斜方向设置有纤维推出槽(9)，所述观测固定装置(13)的顶面设置有倾斜角为θ的观测固定装置矩形斜槽(14)，复合材料试验试样(4)放置于抛磨装置水平矩形槽(3)内，将复合材料试验试样(4)的顶面磨成与抛磨装置斜面(2)倾斜角θ一致的斜面，磨好的复合材料试验试样(4)放置于柱台矩形斜槽(8)内进行试验，试验完毕的复合材料试验试样(4)放置于放置于观测固定装置矩形斜槽(14)内观察。 2.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置，其特征在于：所述复合材料试验试样(4)的厚度为1～2mm；所述倾斜角θ为3～5°。 3.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置，其特征在于：所述纤维推出槽(9)位于柱台矩形斜槽(8)倾斜方向的正中间。 4.根据权利要求1所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置，其特征在于：所述抛磨装置(1)的材料为不锈钢，柱台(7)和观测固定装置(13)的材料为铝合金，所述复合材料试验试样(4)为陶瓷基复合材料、金属基复合材料或树脂基复合材料；所述抛磨装置(1)为的截面为直角梯形，柱台(7)和观测固定装置(13)均为圆柱体。 5.根据权利要求1-4任一所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、制作复合材料试验试样，将复合材料试验试样固定在抛磨装置水平矩形槽上，进行抛磨，使得复合材料试验试样的一个端面平整，另一个端面抛磨为与抛磨装置斜面倾斜角θ一致的斜面，测量复合材料试验试样薄端面的厚度L； S2、将复合材料试验试样的倾斜面粘黏在柱台矩形斜槽内，另一端面与柱台的表面保持水平，纤维推出槽对应纤维的顶出区域，然后将柱台固定在纳米压痕仪试验仪器中； S3、使用小载荷压头，将复合材料试验试样移动到与压头接触，然后将复合材料试验试样移到显微镜下，在5→10→20→40倍镜下依次聚焦，达到最高倍数后确定焦平面，完成焦平面校准，然后使用压头压入复合材料试验试样表面的边缘区域，观测压痕是否与十字线中心重合，若不重合，则使用鼠标拖动十字线中心与压痕重合，完成十字线校准，据纤维推出槽的宽度确定待测区域，然后标记待测区域将要推出纤维的位置； S4、更换压头为大载荷压头，进行焦平面校准和十字线校准后开展纤维顶出试验，完成顶出试验后，记录分析力-位移曲线； S5、将复合材料试验试样固定在观测固定装置矩形斜槽内，放入扫描电子显微镜SEM中，旋转电子束方向使得复合材料试验试样水平放置于视野中，采用二次电子成像模式观测顶出纤维位置，并使用SEM自带标尺标定每个标记纤维中心的位置到复合材料试验试样薄端面的距离x； S6、根据测得的标记位置到复合材料试验试样薄端面的距离x、复合材料试样薄端面的厚度L和复合材料试验试样顶面的倾斜角θ，计算每个被推出纤维的长度Lm，然后根据推出纤维的长度Lm、顶出推力F和纤维直径d，计算界面剪切强度τ。 6.根据权利要求5所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置的方法，其特征在于，所述步骤S1中，使用游标卡尺测出复合材料试验试样薄端面的厚度L。 7.根据权利要求5所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置的方法，其特征在于，所述步骤S3中，小载荷压头为berkovich压头，最大载荷500mN；所述步骤S4中，大载荷压头为圆台平压头，最大载荷30N；所述步骤S3中，选定推出纤维后，使用berkovich压头在第一个待测纤维旁设置一个标记痕迹，在第二个待测纤维旁设置两个标记痕迹，依次标记所有的测试纤维；所述步骤S3中，标记痕迹的位置与测试纤维之间保留间隙。 8.根据权利要求5所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置的方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用显微镜自带标尺测量槽的宽度，逐级聚焦直至最高倍数，移动复合材料试验试样使十字线中心位于复合材料试验试样边缘与测量槽交界处，调整复合材料试验试样位置保证十字线中心与测量槽的中线重合；采用力-位移模式设置载荷、加载时间、保载时间、卸载时间，在special location模式下通过点击十字线竖线，采集拟推出纤维的坐标，开始压痕测试，直至所有拟推出纤维均被推出或达到最大载荷后停止试验。 9.根据权利要求5所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置的方法，其特征在于，所述步骤S5中，采用SEM自带标尺标定每根推出纤维中心位置到复合材料试验试样薄端面的距离，首先将一根标记纤维中心位置调整到整个视野的中心，然后缩小显微镜倍数，直至复合材料试验试样薄端面出现在视野内，然后通过SEM自带标尺测量复合材料试验试样薄端面距离视野中心位置的水平距离就是该推出纤维到复合材料试验试样薄端面的距离x。 10.根据权利要求5所述的连续纤维增强复合材料界面剪切强度测试装置的方法，其特征在于，所述步骤S6中，计算推出纤维的长度Lm的公式如下： Lm＝L+x tanθ 计算界面剪切强度τ的公式如下，其中，π为圆周率。
所属类别：	发明专利