一种剪切测试装置及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料力学测试领域，特别是涉及到一种剪切测试装置及其操作方法。
【背景技术】
[0002]复合材料具有高的比强度和比模量，因此是制造飞机结构的理想材料。复合材料的剪切性能是其重要的性能指标，是结构设计时的重要依据。因此，复合材料剪切性能测试的准确性与结构设计的可靠性直接相关。
[0003]目前，复合材料剪切性能测试方法主要有:薄壁圆管扭转试验、10°偏轴拉伸试验、±45°偏轴拉伸试验和1sipescu (约赛佩斯库)剪切试验等。
[0004]薄壁圆管扭转试验将剪切载荷直接作用于复合材料，这种方法测得的剪切性能结果是理想的。但是由于薄壁圆管扭转试验件的加工制作难度大、成本高并且需要专门的测试加载设备，因此这种剪切测试方法的使用受到了限制。
[0005]10°偏轴拉伸试验和±45°偏轴拉伸试验采用普通的矩形拉伸试样，试样的结构简单并且试验时不需要专门的夹具。但是由于偏轴拉伸中存在拉剪耦合效应，试验区域不是纯剪切应力场，因此测试结果并不准确。同时，偏轴拉伸试验件的尺寸较大，增加了批量试验的成本。
[0006]如图1、图2所示，1sipescu剪切试验采用具有双V形切口的板状试验件和一种名为“Wyoming”的试验夹具。试验研宄与理论分析表明，该方法可以在试验件两V形切口之间的区域产生均匀的纯剪切应力场。因此，使用这种方法可以较为准确的测得复合材料的剪切性能。同时，双V形切口试验件的尺寸较小，降低了复合材料剪切性能的测试成本。该方法所得测试结果的准确性依赖于“Wyoming”试验夹具的可靠性。在复合材料V形切口剪切性能试验标准ASTM D5379中公开的剪切测试装置只是在原理上满足了 1sipescu剪切试验的要求，在实际使用中发现这种剪切装置存在着诸多不足，例如:难以保证试验件的可靠对中并且装置的对中速度较慢，装置的装夹操作也不方便等。有研宄人员(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.)对ASTM D5379标准建议的夹具进行了一定程度上的优化设计，期望解决试验中存在的问题，但是其优化方案比较复杂。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种可以保证剪切试验件沿厚度方向和长度方向的精确对中并且试验件的装夹操作也非常方便的剪切测试装置。本发明的剪切测试装置结构简单、操作方便。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供的一种剪切测试装置，包括夹具底座、导轨、活动夹具、固定夹具；所述固定夹具固定在夹具底座上；其特征在于:所述两个导轨纵向并排固定在夹具底座上，活动夹具两侧设有对称的凸台，凸台上开有与导轨相配合的通孔，活动夹具通过通孔套在导轨上；还包括中心对中块、第一对中板、第二对中板、契形块、第一压紧块、第二压紧块、夹具调平板；所述中心对中块顶部设有与试验件V形缺口配合的凸起；所述第一对中板、第二对中板均为带有突出台阶的六面体方块；所述第一夹紧块位于固定夹具上夹持面下方，第一夹紧块通过第一夹紧螺栓与固定夹具上夹持面连接；所述第二夹紧块位于活动夹具上夹持面下方，第二夹紧块通过第二夹紧螺栓与活动夹具上夹持面连接。
[0009]作为改进，第一对中板、第二对中板、夹具调平板、中心对中块均具有磁性。
[0010]作为改进，所述凸台为两对。
[0011]作为改进，所述导轨为圆柱形。
[0012]本发明的另一个目的在于提供以上所述剪切测试装置的操作方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤1、将夹具调平板放到活动夹具和固定夹具的下夹持面上，保证活动夹具和固定夹具的下夹持面相互对齐；
步骤2、将契形块放入活动夹具下方，对活动夹具进行支撑，然后将夹具调平板卸下；步骤3、将第一对中板放到固定夹具的下夹持面上，将第二对中板放到活动夹具的下夹持面上；
步骤4、将双V形切口试验件放到活动夹具和固定夹具的下夹持面上，通过中心对中块调整双V形切口试验件的位置，使其沿长度方向对中；
步骤5、旋紧第一夹紧螺栓和第二夹紧螺栓，使第一压紧块和第二夹紧块向下移动并压紧双V形切口试验件；
步骤6、将中心对中块与契形块卸下；
步骤7、将剪切测试装置安装到试验机上便可进行剪切试验。
[0013]本发明的有益效果在于:
(I)本发明中使用了中心对中块，改善了沿试验件长度方向的对中性能并且不受试验件长度的影响。
[0014](2)本发明使用了磁性对中板，通过设计合适尺寸的对中板可以使剪切试验件沿厚度方向对中。对于不同厚度的试验件，更换相应合适尺寸的对中板即可完成沿试验件沿厚度方向的对中，无需对剪切试验装置的主体部分进行修改，扩大了剪切测试装置的使用范围，降低了测试成本。同时，由于对中板具有磁性，可以直接吸附到固定夹具和活动夹具上对试验件进行对中，无需对对中板进行额外的支撑，简化了夹具的结构并使夹具的操作变得更方便。
[0015](3)本发明使用了契形块和夹具调平板，可以保证活动夹具与固定夹具下夹持面的对齐，由于夹具调平板也具有磁性，因此通过磁性吸附的辅助作用可以使夹具下夹持面的对齐操作变得更方便。契形块在一定范围内可以连续的调节活动夹具的高度，因此即使活动夹具的高度尺寸发生了变化，使用契形块进行轻微的调整即可进行试验而无需对夹具进行修复。
【附图说明】
[0016]图1为现有技术中双V形切口试验件的结构示意图；
图2为现有技术中ASTM D5379中公开的剪切测试装置的结构示意图；
图3为本发明的中心对中块的结构示意图；
图4为本发明的对中板的结构示意图；
图5为本发明的契形块的结构示意图；
图6为本发明在使用夹具调平板时的正视图；
图7为本发明在对双V形试验件对中时的正视图；
图中:1-双V形试验件、2-中心对中块、3-第一对中板、4-第二对中板、5-契形块、
6-夹具底座、7-活动夹具、8-导轨、9-加载头、10-夹紧螺栓、11-固定