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复合材料的试验工具

V形切口梁(Iosipescu) - 剪切试验装置

  • 应用:测试增强纤维复合材料的剪切性能,符合ASTM D5379标准

    该应用范围是专为以下层压板形式设计的:

    • 纤维方向为0°或90°的单向层压板
    • 在0°和90°纤维方向层数相同的单向层压板
    • 纬向方向为0°或90°的织物层压板
    • 纤维方向随机分布的短纤维填充塑料
  • 功能说明:

    剪切试验装置是轴向导向装置,位于试验系统的压板或横梁上。

    试验时,两端带缺口的试样插在剪切试验装置中。当试验机施加压缩载荷时,试样缺口中间最小横截面会形成一个无扭转的纯剪切应力区域。纤维方向必须平行于载荷方向,或在载荷的横向方向上。剪切应变通过两个与剪切平面成45°角的应变片测量。

    测量结果包括剪切性能、0.2%剪切应力、最大剪切应力以及剪切模量。

  • 优势:
    • 试样夹持方便
    • 温度范围从-70至300 °C
    • 螺栓可确保试样相对于剪切平面精确对中

V缺口轨道剪切工装

  • 应用:测试增强纤维复合材料的剪切性能,符合ASTM D7078标准
  • 功能说明:

    试样具有V型切口,用于与剪切平面对中。它通过摩擦锁定横向插入到剪切试验装置中。

    剪切应变通过两个与剪切平面成45°角的应变片测量。

  • 优势:
    • 与ASTM D5379的Iosipescu方法(V缺口梁剪切工装)相比,试样更大,用这个装置将其两边夹住,可确保能施加更高的剪切力。
    • 通过螺纹连接轻松连接到试验系统
    • 温度范围从-70至+300 °C
    • 使用提供的隔板可使试样精确对中
    • 通过前后可调夹面使夹面彼此对齐
    • 防锈设计,用于环境试验箱

复合模式的弯曲试验工装

  • 应用:按照ASTM D6671测量在承受混合模式I和模式II的载荷时的能量释放因子
  • 试样材料:单向纤维增强复合材料层压板
  • 功能说明:

    弯曲试验工装用于测量单向纤维增强复合材料层压板的能量释放因子

    裂纹张开(模式I)的产生方式是通过铰链施加拉伸力,面内剪切(模式II)的产生方式则是施加弯曲载荷。

    裂纹张开与剪切之比通过移动杠杆臂受力点来调整。该工装的适用范围广,从100%的模式II加载到占比很大的模式I叠加均可。

  • 优势:
    • 可动态调整加载的模式I部分
    • 通过滚珠轴承支座避免摩擦

长纤维增强复合材料的G1C试验工装

  • 应用:

    GIC试样螺纹夹具和加载块用于在DCB(双臂悬梁)试验装置中测量长纤维增强复合材料的能量释放因子GIC。它们根据以下标准进行标准化:ISO 15024、prEN 6033、ASTM D5528、AITM 1-0005、AITM 1-0053、BSS 7273

  • 功能说明:

    在试验准备过程中,将加载块粘到试样上。然后,通过直径为8 mm的连接孔将加载块钩在试样螺纹夹具上。

    通过加载块施加拉伸力,从而产生裂纹张开。

  • 优势:
    • 试样更换方便。
    • 该工装没有视频记录选件,适用温度范围广,从- 80°C到+250°C均可。
  • 视频记录选件:

    • 通过视频记录选件可以对裂纹进行视觉跟踪。
    • 通过对视频中的测试序列进行后续精确评估,可实现测量结果的跟踪。
    • 在整个试验过程中,摄影机在可移动滑架上沿裂纹扩展方向移动。

压缩试验工装(剪切加载),IITRI版本

  • 应用:压缩试验工装用于按照ASTM D3410标准测试纤维复合材料。
  • 功能说明:压缩试验工装基于楔形夹持原理。该工装由以下部件组成:上托架、试样夹具主体、3组楔形夹面、带定位槽的调整规。

    对中辅助装置可以使试样与楔形夹面精确对中。夹紧的试样和楔形夹面插入到试样夹具下部。试样夹具上部插入上托架中。该工装的各部分一起移动并互相咬合。对中螺栓可确保夹具上部和下部对中。

  • 优势:
    • 对中辅助装置可使试样对中
    • 适用于最大为220 kN的压缩力
    • 温度范围广,从-70至300 °C
    • 待测试样表面无需机械加工

CAI压缩测试工装(冲击后压缩)

  • 应用:根据以下标准测定冲击载荷后的剩余压缩强度(CAI):
    • 波音BSS 7260c、ASTM D7137、DIN 65561、ISO 18352、prEN 6038
    • 空客AITM 1-0010第3版
  • 功能说明:压缩试验工装用于测定冲击载荷后的剩余压缩强度。试验时,在试样面内施加压缩力。试样究竟是夹持,还是仅在上下端支撑,具体取决于版本。
  • 优势:
    • 试样更换方便
    • 工装适用的温度范围广,从-70至300 °C均可
    • 穿过支承板的横向刚度增加
    • 上下接触面上的硬质合金嵌件可互换

压缩试验工装(端面加载)

  • 应用:试验方法基于ASTM D695,并在各种标准中得到进一步改良,还基于ASTM D3846对沟槽单边搭接试样进行测试:测量面内剪切
  • 功能说明:压缩试验工装用于测试纤维复合材料。

    试样纵向放入两块压板之间。测量压缩强度时,使用两个带纵向导轨的扣合架。它们可以避免由于弯曲造成的材料过早失效。使用两个带切口的扣合架来放置应变片,以测量压缩模量。带固定止动块的支架可确保试样的轴向对中精确。

  • 优势:
    • 无需额外工具即可插入试样
    • 相对于试验机的压缩轴对中精确
    • 磨损时,无需使用工具即可更换压板

用于测定层间剪切强度的工装

  • 应用:根据ASTM D2344 M、EN 2563、ISO 14130、EN 2377标准测定层间剪切强度(ILSS)
  • 功能说明:该装置是用于测定层间剪切强度(ILSS)的3点弯曲试验工装。ILSS试验是一种典型的质量控制方法,适合比较不同材料的性能。

    由于跨距小,模具与上压头的精确对中尤为重要。这可通过模具臂来保证。模具臂可以固定,以便安装试样。此外,还可以在模具臂上连接一个温度传感器,靠近试样,以便在环境试验箱中进行测试。

    距离为10 mm时,压头/厚度比非常小。因此,试样中会产生较高的剪切力和相对较低的弯矩。该方法提供的只是表观剪切特性,因为应力峰值发生的位置接近上压头。

  • 优势:
    • 上压头相对于模具精确对中
    • 上压头可轻松调整
    • 夹持选件可使温度传感器靠近试样
    • 最大试验力可达20 kN
    • 上压头和模具更换快速
    • 利用可选配的滚珠丝杆调节装置,可以快速、精确地调整上压头,以适应不断变化的层压板厚度

3点弯曲试验

  • 应用:测定介于两个弹性极限(ISO、ASTM)之间的弹性模量:10至50 % Fmax(按照EN 2562)和10至25% Fmax(按照EN 2746)
  • 功能说明:挠度可以通过经过机架刚度补偿的横梁位移监控器来测量。
  • 优势:
    • 结构坚固,避免工具发生固有变形
    • 模块化设计,便于后续扩展
    • 凸起对中块可调,保证试样的放置精确无误
    • 使用相应的定距仪可达到准确的平行度,实现压头和模具精确对中
    • 模具和压头对中精确
    • 高支撑块的行程足够大,可以测试纤维增强复合材料
    • 3点和4点弯曲试验以及不同模具和压头半径之间的转换非常轻松

4点弯曲试验

  • 应用:测定弯曲模量:0.05至0.25%伸长率(按照ISO 14125)或0.1至0.3 %伸长率(按照ASTM D7264)
  • 功能说明:标准要求直接在压头中点测量挠度。
  • 优势
    • 结构坚固,避免工具发生固有变形
    • 模块化设计,便于后续扩展
    • 凸起对中块可调,保证试样的放置精确无误
    • 使用相应的定距仪可达到准确的平行度,实现压头和模具精确对中
    • 模具和压头对中精确
    • 高支撑块的行程足够大,可以测试纤维增强复合材料
    • 3点和4点弯曲试验以及不同模具和压头半径之间的转换非常轻松

用于缺口压缩试验(OHC/FHC)的工装

  • 应用:开孔试样压缩试验(OHC)和填孔试样压缩试验(FHC)等缺口压缩试验按照以下标准进行标准化:ASTM D6484、ASTM D6742、波音BSS 7260-类型1、SACMA SRM 3R-94、Northrop NAI -1504C
  • 功能说明:该工装用于对纤维复合材料执行标准化的缺口压缩试验(开孔试样压缩试验OHC、填孔试样压缩试验FHC)。在试验过程中,插入标准化的试样并沿两侧将其导入到工装中。可以通过试样夹具或压板来施加力。
  • 优势:
    • 可通过试样夹具或压板施加力,具体视要求而定。
    • 夹面涂钼,便于传递增加的力。

液压复合材料压缩工装(HCCF)

  • 应用:
    • 按照ISO 14126、prEN2850、空客AITM 1-0008、ASTM D3410、ASTM D6641、JIS K 7076、RAE TR 88012 CRAG方法400和401、QVA-Z10-46-38、ASTM C1358、空客文档X88SP1105735进行试验:“使用ZwickRoell的HCCF工装按照AITM 1.0008 A1和A2标准进行平压试验” 
    • “平压试验”、“开孔压缩试验”和“填孔压缩试验”通过以下两种方式施加力:一种是夹持(施加的是剪切载荷),另一种是采用端支撑块并同时夹持(施加的是组合载荷)
  • 功能说明:针对复合材料的液压压缩工装(HCCF = 液压复合材料压缩工装)用于测定长纤维增强复合材料的压缩性能。应变根据标准在两端使用应变片来测量(栅长大于3 mm)。

    压缩工装在顶部有连接孔,底部安装在压板上。如果测试试样时,突耳间距和夹具间距至少比原始标距多2 mm,就可以根据客户的特定要求,在两端使用夹持式引伸计(配合夹持工装)进行测量。

  • 优势: 

    • 可在-60°C 至+150°C的扩展温度范围内进行试验
    • 开放式设计形式(C形)不但便于更换试样,还简化了伸长量测量系统的使用。
    • 这种设计确保了试样对中极其精确。
    • 液压平推夹具原理确保施加力时既不会产生粘滑运动,也不会产生弯曲,且具有非常大的恒定变形率。
    • 精密导柱可以使试样夹具彼此精确对中。
    • 低摩擦的滚珠导柱可防止测试结果失真。
    • 可移动夹面的磁性支座便于更换试样和清洁夹面

浮动滚轮剥离试验装置,符合DIN ISO 4578、DIN EN 1464、空客QVA-Z10-46-03标准

  • 应用:根据DIN ISO 4578、DIN EN 1464、空客QVA-Z10-46-03和EN 2243-2标准,在浮动滚轮剥离试验中测量抗剥离性。评估在刚性和柔性部件之间使用的高强度粘合剂的粘合强度。

轴承强度试验工装

  • 应用:轴承强度试验工装用于对纤维增强复合材料进行试验,并按照以下标准进行标准化:
    • 空客AITM 1-0009:测定采用螺栓轴承配置时的轴承强度
    • ASTM D 5961方法A:轴承对聚合物基体复合材料层压板的响应
    • ISO12815:平销轴承强度测定
    • ASTM D 7248方法A:用2种紧固试样测试聚合物基体复合材料层压板的轴承/旁通交互响应
  • 功能说明:
    • 按照AITM设计
      轴承强度试验工装的上端安装在相关试样夹具中。
      试样的上端安装在轴承强度试验工装中,而下端夹持在平推试样夹具中。

      按照ASTM设计
      轴承强度试验工装的上端通过试样夹具夹紧。
      试样的上端安装在轴承强度试验工装中,而下端夹持在平推试样夹具中。
      上述工装也可以按照ASTM D5961方法A安装。

  • 优势: 

    • 试样更换轻松。
    • 工装适用的温度范围广,从-55至+250 °C均可。
    • 由于自对中拉伸夹具还可以与ASTM工装配合使用,因此可以从AITM快速切换到ASTM。

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