本实用新型涉及机械结构领域，尤其涉及一种防失稳装置和层间剪切试验系统。
背景技术：
复合材料在航空航天领域应用十分广泛，研究复合材料的力学性能对飞行器结构的设计尤为重要。复合材料动态层间剪切强度是研究复合材料的力学性能的重要部分。层间剪切强度是用来表征复合材料抵抗分层能力的重要力学参量，反映了复合材料层合板各层之间、纤维/树脂界面的结合强度。
astmd2344标准给出了一种测量复合材料层间剪切强度的具体试验方法。图1是现有复合材料层间剪切强度试验装置示意图。如图1所示，复合材料层合板1放置于固定跨距的支座2上，压头3向下逐渐对复合材料层合板1施加载荷直至破坏。试验中，复合材料层合板1在支座2和压头3的共同作用下发生三点弯曲变形。
但是，基于经典梁理论的弹性解可证明，通过短梁结构承受三点弯曲载荷来测量层间剪切强度是不合适的。层间剪切应力仅分布于加载点与支撑点之间的平面中间处，远离这些位置时，应力分布出现偏斜，其最大应力出现于加载点处，并产生严重的剪切应力集中。
除非发生中面的层间剪切破坏，否则，此方法测量的短梁剪切强度并不代表层间剪切性能，也得不到精确的层间剪切强度。对于韧性较好的复合材料，试验过程中会发生塑性屈服，塑性屈服可以缓解加载头处的应力状态，试验可以得到理想的破坏模式。
但在实际试验中，很多材料通过这种试验方法无法得到中面的层间剪切破坏模式，经常发生上表面的压缩破坏模式或下表面的拉伸破坏模式，无法得到精确的层间剪切强度。因此，现有复合材料层间剪切试验方法的测量结果准确度低。
技术实现要素：
本实用新型提供一种防失稳装置和层间剪切试验系统，可稳定复合材料，提高了符合材料层间剪切力的测量准确度。
本实用新型实施例一方面提供一种防失稳装置，包括：上压块10、上夹紧块20、下压块30和下加紧块40；其中，
所述上压块10和所述上夹紧块20通过第一螺栓51连接，用于夹持测试件60的第一端，所述下压块30和所述下加紧块40通过第二螺栓52连接，用于夹持所述测试件60的第二端；
所述上压块10和所述下压块30贴合在所述测试件60的具有剪切口的第一面上，所述上夹紧块20和所述下加紧块40贴合在所述测试件60的具有剪切口的第二面上，并暴露所述测试件60的所有剪切口；
所述上压块10上设置有第一通孔11，所述上夹紧块20上设置有第二通孔21，所述下压块30上设置有与所述第一通孔11位置相对应的第三通孔31，所述下加紧块40上设置有与所述第二通孔21位置相对应的第四通孔41，所述第一通孔11和所述第三通孔31中穿设有第一定位轴71，所述第二通孔21和所述第四通孔41中穿设有第二定位轴72。
可选的，所述第一通孔11和所述第四通孔41中均设置有轴承80，所述轴承80包括外圈81、支撑架82和设置在所述支撑架82上的可转动的多个滚珠。
可选的，所述上夹紧块20为l形结构，所述上压块10上设置有用于卡设所述上夹紧块20的凸出部分的凹坑，且所述上压块10的顶部覆盖所述上夹紧块20，所述上压块10的顶部用于接收试验压力。
可选的，所述下加紧块40为l形结构，所述下压块30上设置有用于卡设所述下加紧块40的凸出部分的凹坑，且所述下压块30的底部覆盖所述下加紧块40，所述下压块30的底部用于接收试验压力。
本实用新型实施例另一方面提供一种层间剪切试验系统，包括：试验机、测试件60和如上所述的防失稳装置；其中，
所述防失稳装置夹持所述测试件60；
所述防失稳装置设置在所述试验机的上下压盘中间，且所述试验机的上压盘与所述上压块10的顶部接触，所述试验机的下压盘与所述下压块30的底部接触。
可选的，所述测试件60为陶瓷基复合材料；所述测试件60的两个表面上均设置有一个剪切口，所述剪切口的深度为所述测试件60的厚度的一半，两个剪切口在各自表面上的位置沿所述测试件60的长度方向的轴对称。
本实用新型的在上述各方面提供的实现的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现。
本实用新型提供的用于陶瓷基复合材料层间剪切试验的防失稳装置，可以保证剪切作用力均匀分布在复合材料层合板层间，同时精确测量剪切强度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有复合材料层间剪切强度试验装置示意图；
图2为本实用新型实施例提供的防失稳装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的防失稳装置的内部结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的上压块的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的上夹紧块的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的下压块的结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的下夹紧块的结构示意图；
图8为本实用新型实施例提供的轴承的结构示意图；
图9为本实用新型实施例提供的测试件的结构示意图。
附图标记说明：
1—复合材料层合板；2—支座；3—压头；
10—上压块；20—上夹紧块；30—下压块；
40—下夹紧块；60—测试件；80—轴承；
11—第一通孔；21—第二通孔；31—第三通孔；
41—第四通孔；51—第一螺栓；52—第二螺栓；
71—第一定位轴；72—第二定位轴；81—外圈；
82—支撑架。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例一方面提供一种防失稳装置。图2为本实用新型实施例提供的防失稳装置的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的防失稳装置的内部结构示意图，参照图2和3，用于陶瓷基复合材料层间剪切试验的防失稳装置，包括一个上压块10、一个上夹紧块20、一个下压块30、一个下夹紧块40、两个螺栓(第一螺栓51和第二螺栓52)，两个定位轴(第一定位轴71和第二定位轴72)，用于固定测试件60。
图4为本实用新型实施例提供的上压块的结构示意图，图5为本实用新型实施例提供的上夹紧块的结构示意图，图6为本实用新型实施例提供的下压块的结构示意图，图7为本实用新型实施例提供的下夹紧块的结构示意图。参照图4-图7，上压块10上设置有第一通孔11，上夹紧块20上设置有第二通孔21，下压块30上设置有与第一通孔11位置相对应的第三通孔31，下加紧块40上设置有与第二通孔21位置相对应的第四通孔41。
可选的，防失稳装置还包括两个轴承80。图8为本实用新型实施例提供的轴承的结构示意图，参照图8，轴承80包括外圈81、支撑架82和设置在支撑架82上的可转动的多个滚珠。
防失稳装置各部件加工完后将第一定位轴71和第二定位轴72分别固定在上夹紧块20、下压块30的孔中(轴与孔为过盈配合)，将两个轴承80分别固定在下夹紧块40、上压块10内部孔中(轴承与孔为过盈配合)。
剪切试验前，将上压块10、上夹紧块20以及测试件60上端对齐，拧紧第一螺栓51使三者固定在一起。将下压块30、下夹紧块40以及测试件60下端对齐，拧紧第二螺栓52使三者固定在一起。同时保证第一定位轴71和第二定位轴72穿入两个轴承80中。
本实用新型实施例还提供一种层间剪切试验系统，包括：试验机、测试件60和如上述实施例中的防失稳装置；其中，
防失稳装置夹持测试件60；
防失稳装置设置在试验机的上下压盘中间，且试验机的上压盘与上压块10的顶部接触，试验机的下压盘与下压块30的底部接触。
剪切试验时，将装配好的防失稳装置放置于试验机上下压盘中间，试验机通过压盘将载荷传递至上压块10、下压块30上，进而通过上夹紧块20、下夹紧块40传递至测试件60端部，在测试件60两个缺口中间处形成均匀剪切面，上压块10和下压块30、上夹紧块20和下夹紧块40分别对测试件60的两个侧面进行防失稳支持，第一定位轴71、第二定位轴72和两个轴承80的轴系结构同样起到进一步防失稳的作用。
图1和图3中的f表示压力的施加方向。
图9为本实用新型实施例提供的测试件的结构示意图，如图9所示，测试件60为陶瓷基复合材料；测试件60的两个表面上均设置有一个剪切口，剪切口的深度为测试件60的厚度的一半，两个剪切口在各自表面上的位置沿测试件60的长度方向的轴对称。
参照图9，l为测试件60长度，w为测试件60宽度，h为测试件60厚度，s为缺口距离测试件60两端的距离，缺口深度为测试件60厚度一半(h/2)，缺口宽度为t，两个缺口相对于测试件60中心呈反对称布置。
本实用新型具有以下优点：
通过本陶瓷基复合材料层间剪切试验方法保证在整个试验中测试件60缺口之间始终只有纯层间剪切应力，从而精确测得材料的层间剪切强度，并获得正确的层间剪切破坏模式；
本陶瓷基复合材料层间剪切防失稳装置能够保证试验过程中测试件60始终不发生失稳，整个装置在载荷作用下沿着轴系方向压缩测试件60直至测试件60破坏为止；
astmd2344方法中试验前需要根据测试件60几何尺寸对装置的支持跨距进行调节，具体要根据测试件60的厚度来计算跨距。本试验方法不需要试验前对装置进行调节。安装方便，快捷。
1.一种防失稳装置，其特征在于，包括：上压块(10)、上夹紧块(20)、下压块(30)和下加紧块(40)；其中，
所述上压块(10)和所述上夹紧块(20)通过第一螺栓(51)连接，用于夹持测试件(60)的第一端，所述下压块(30)和所述下加紧块(40)通过第二螺栓(52)连接，用于夹持所述测试件(60)的第二端；
所述上压块(10)和所述下压块(30)贴合在所述测试件(60)的具有剪切口的第一面上，所述上夹紧块(20)和所述下加紧块(40)贴合在所述测试件(60)的具有剪切口的第二面上，并暴露所述测试件(60)的所有剪切口；
所述上压块(10)上设置有第一通孔(11)，所述上夹紧块(20)上设置有第二通孔(21)，所述下压块(30)上设置有与所述第一通孔(11)位置相对应的第三通孔(31)，所述下加紧块(40)上设置有与所述第二通孔(21)位置相对应的第四通孔(41)，所述第一通孔(11)和所述第三通孔(31)中穿设有第一定位轴(71)，所述第二通孔(21)和所述第四通孔(41)中穿设有第二定位轴(72)。
2.根据权利要求1所述的防失稳装置，其特征在于，所述第一通孔(11)和所述第四通孔(41)中均设置有轴承(80)，所述轴承(80)包括外圈(81)、支撑架(82)和设置在所述支撑架(82)上的可转动的多个滚珠。
3.根据权利要求2所述的防失稳装置，其特征在于，所述上夹紧块(20)为l形结构，所述上压块(10)上设置有用于卡设所述上夹紧块(20)的凸出部分的凹坑，且所述上压块(10)的顶部覆盖所述上夹紧块(20)，所述上压块(10)的顶部用于接收试验压力。
4.根据权利要求3所述的防失稳装置，其特征在于，所述下加紧块(40)为l形结构，所述下压块(30)上设置有用于卡设所述下加紧块(40)的凸出部分的凹坑，且所述下压块(30)的底部覆盖所述下加紧块(40)，所述下压块(30)的底部用于接收试验压力。
5.一种层间剪切试验系统，其特征在于，包括：试验机、测试件(60)和如权利要求1-4中任一项所述的防失稳装置；其中，
所述防失稳装置夹持所述测试件(60)；
所述防失稳装置设置在所述试验机的上下压盘中间，且所述试验机的上压盘与所述上压块(10)的顶部接触，所述试验机的下压盘与所述下压块(30)的底部接触。
6.根据权利要求5所述的层间剪切试验系统，其特征在于，所述测试件(60)为陶瓷基复合材料；所述测试件(60)的两个表面上均设置有一个剪切口，所述剪切口的深度为所述测试件(60)的厚度的一半，两个剪切口在各自表面上的位置沿所述测试件(60)的长度方向的轴对称。
技术总结