一種剪切測試裝置及其操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及復合材料力學測試領域，特別是涉及到一種剪切測試裝置及其操作方法。
【背景技術】
[0002]復合材料具有高的比強度和比模量，因此是制造飛機結構的理想材料。復合材料的剪切性能是其重要的性能指標，是結構設計時的重要依據。因此，復合材料剪切性能測試的準確性與結構設計的可靠性直接相關。
[0003]目前，復合材料剪切性能測試方法主要有:薄壁圓管扭轉試驗、10°偏軸拉伸試驗、±45°偏軸拉伸試驗和1sipescu (約賽佩斯庫)剪切試驗等。
[0004]薄壁圓管扭轉試驗將剪切載荷直接作用于復合材料，這種方法測得的剪切性能結果是理想的。但是由于薄壁圓管扭轉試驗件的加工制作難度大、成本高并且需要專門的測試加載設備，因此這種剪切測試方法的使用受到了限制。
[0005]10°偏軸拉伸試驗和±45°偏軸拉伸試驗采用普通的矩形拉伸試樣，試樣的結構簡單并且試驗時不需要專門的夾具。但是由于偏軸拉伸中存在拉剪耦合效應，試驗區域不是純剪切應力場，因此測試結果并不準確。同時，偏軸拉伸試驗件的尺寸較大，增加了批量試驗的成本。
[0006]如圖1、圖2所示，1sipescu剪切試驗采用具有雙V形切口的板狀試驗件和一種名為“Wyoming”的試驗夾具。試驗研宄與理論分析表明，該方法可以在試驗件兩V形切口之間的區域產生均勻的純剪切應力場。因此，使用這種方法可以較為準確的測得復合材料的剪切性能。同時，雙V形切口試驗件的尺寸較小，降低了復合材料剪切性能的測試成本。該方法所得測試結果的準確性依賴于“Wyoming”試驗夾具的可靠性。在復合材料V形切口剪切性能試驗標準ASTM D5379中公開的剪切測試裝置只是在原理上滿足了 1sipescu剪切試驗的要求，在實際使用中發現這種剪切裝置存在著諸多不足，例如:難以保證試驗件的可靠對中并且裝置的對中速度較慢，裝置的裝夾操作也不方便等。有研宄人員(Melin L N,Neumeister J M.Measuring constitutive shear behav1r of orthotropic compositesand evaluat1n of the modified 1sipescu test[J].Composite Structures,2006，76(1 - 2): 106-115.)對ASTM D5379標準建議的夾具進行了一定程度上的優化設計，期望解決試驗中存在的問題，但是其優化方案比較復雜。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷，提供一種可以保證剪切試驗件沿厚度方向和長度方向的精確對中并且試驗件的裝夾操作也非常方便的剪切測試裝置。本發明的剪切測試裝置結構簡單、操作方便。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供的一種剪切測試裝置，包括夾具底座、導軌、活動夾具、固定夾具；所述固定夾具固定在夾具底座上；其特征在于:所述兩個導軌縱向并排固定在夾具底座上，活動夾具兩側設有對稱的凸臺，凸臺上開有與導軌相配合的通孔，活動夾具通過通孔套在導軌上；還包括中心對中塊、第一對中板、第二對中板、契形塊、第一壓緊塊、第二壓緊塊、夾具調平板；所述中心對中塊頂部設有與試驗件V形缺口配合的凸起；所述第一對中板、第二對中板均為帶有突出臺階的六面體方塊；所述第一夾緊塊位于固定夾具上夾持面下方，第一夾緊塊通過第一夾緊螺栓與固定夾具上夾持面連接；所述第二夾緊塊位于活動夾具上夾持面下方，第二夾緊塊通過第二夾緊螺栓與活動夾具上夾持面連接。
[0009]作為改進，第一對中板、第二對中板、夾具調平板、中心對中塊均具有磁性。
[0010]作為改進，所述凸臺為兩對。
[0011]作為改進，所述導軌為圓柱形。
[0012]本發明的另一個目的在于提供以上所述剪切測試裝置的操作方法，其特征在于包括以下步驟:
步驟1、將夾具調平板放到活動夾具和固定夾具的下夾持面上，保證活動夾具和固定夾具的下夾持面相互對齊；
步驟2、將契形塊放入活動夾具下方，對活動夾具進行支撐，然后將夾具調平板卸下；步驟3、將第一對中板放到固定夾具的下夾持面上，將第二對中板放到活動夾具的下夾持面上；
步驟4、將雙V形切口試驗件放到活動夾具和固定夾具的下夾持面上，通過中心對中塊調整雙V形切口試驗件的位置，使其沿長度方向對中；
步驟5、旋緊第一夾緊螺栓和第二夾緊螺栓，使第一壓緊塊和第二夾緊塊向下移動并壓緊雙V形切口試驗件；
步驟6、將中心對中塊與契形塊卸下；
步驟7、將剪切測試裝置安裝到試驗機上便可進行剪切試驗。
[0013]本發明的有益效果在于:
(I)本發明中使用了中心對中塊，改善了沿試驗件長度方向的對中性能并且不受試驗件長度的影響。
[0014](2)本發明使用了磁性對中板，通過設計合適尺寸的對中板可以使剪切試驗件沿厚度方向對中。對于不同厚度的試驗件，更換相應合適尺寸的對中板即可完成沿試驗件沿厚度方向的對中，無需對剪切試驗裝置的主體部分進行修改，擴大了剪切測試裝置的使用范圍，降低了測試成本。同時，由于對中板具有磁性，可以直接吸附到固定夾具和活動夾具上對試驗件進行對中，無需對對中板進行額外的支撐，簡化了夾具的結構并使夾具的操作變得更方便。
[0015](3)本發明使用了契形塊和夾具調平板，可以保證活動夾具與固定夾具下夾持面的對齊，由于夾具調平板也具有磁性，因此通過磁性吸附的輔助作用可以使夾具下夾持面的對齊操作變得更方便。契形塊在一定范圍內可以連續的調節活動夾具的高度，因此即使活動夾具的高度尺寸發生了變化，使用契形塊進行輕微的調整即可進行試驗而無需對夾具進行修復。
【附圖說明】
[0016]圖1為現有技術中雙V形切口試驗件的結構示意圖；
圖2為現有技術中ASTM D5379中公開的剪切測試裝置的結構示意圖；
圖3為本發明的中心對中塊的結構示意圖；
圖4為本發明的對中板的結構示意圖；
圖5為本發明的契形塊的結構示意圖；
圖6為本發明在使用夾具調平板時的正視圖；
圖7為本發明在對雙V形試驗件對中時的正視圖；
圖中:1-雙V形試驗件、2-中心對中塊、3-第一對中板、4-第二對中板、5-契形塊、
6-夾具底座、7-活動夾具、8-導軌、9-加載頭、10-夾緊螺栓、11-固定