一种复合材料试验件的制作方法

1.本实用新型涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料试验件。


背景技术：

2.复合材料由于其优异的力学性能和良好的可加工性，被广泛应用于国防军工、航空航天、风电、汽车以及轨道交通等领域，在复合材料生产后往往需要对其力学性能进行测试以确定是否符合国家标准。
3.现有技术公开了一种复合材料测试样条，如图1和图2所示，测试样条的两端为夹持区10，两夹持区10中间为测试区20，对样条进行测试时，使用测试设备夹持住两个夹持区10可对中间的测试区20进行例如剪切试验等力学性能测试。
4.但是，在实际测试过程中，由于测试区20具有一定的长度(图1中的左右方向)，因此测试设备向测试区20施加的作用力容易在长度方向上较为分散，作用力难以在测试区20集中将会严重影响测试精度，进而出现测试结果不准确的问题。因此，亟需提出一种复合材料试验件来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种复合材料试验件，对其进行力学性能测试时，能够将测试设备对其施加的作用力较为均匀地集中起来，进而能够有效提高测试精度。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种复合材料试验件，包括第一端面、第二端面、第三端面以及第四端面，第一端面与第二端面相对设置，第三端面与第四端面相对设置，第一端面与第三端面垂直设置，第一端面上设有第一通槽，第二端面上设有第二通槽，第一通槽与第二通槽对称设置，第三端面上设有第一豁口，第一豁口位于第一通槽的槽底与第二通槽的槽底之间，第一通槽的中心线与第一豁口的中心线垂直，第一豁口的底部通过弧面过渡。
8.可选地，第四端面上设有第二豁口，第二豁口与第一豁口对称设置。
9.可选地，第一通槽的中心线与第一豁口的中心线相交。
10.可选地，第一豁口由第一通槽的槽底贯通至第二通槽的槽底。
11.可选地，第一通槽的两侧分别为第一夹持部和第二夹持部，第二通槽的两侧分别为第三夹持部和第四夹持部，第一通槽的槽底与第二通槽的槽底之间为测试部，第一夹持部的横截面面积、第二夹持部的横截面面积、第三夹持部的横截面面积以及第四夹持部的横截面面积均大于测试部的横截面面积；
12.或，第一豁口的两侧分别为第一夹持部和第二夹持部，第二豁口的两侧分别为第三夹持部和第四夹持部，第一豁口与第二豁口之间为测试部，第一夹持部的横截面面积、第二夹持部的横截面面积、第三夹持部的横截面面积以及第四夹持部的横截面面积均大于测试部的横截面面积。
13.可选地，第一夹持部与第二夹持部关于第一通槽的中心线对称设置，第三夹持部
与第四夹持部关于第二通槽的中心线对称设置。
14.可选地，第一夹持部、第二夹持部、第三夹持部以及第四夹持部的结构强度均大于测试部的结构强度。
15.可选地，第一夹持部、第二夹持部、第三夹持部以及第四夹持部的结构强度相等。
16.有益效果：
17.本实用新型提供的复合材料试验件，在复合材料试验件的第一端面上开设第一通槽，第二端面上开设与第一通槽对称的第二通槽，在第三端面上开设第一豁口，且第一豁口位于第一通槽的槽底与第二通槽的槽底之间，第一豁口的中心线与第一通槽的中心线垂直，由此达到第一豁口位置的结构强度较低的效果，在对复合材料试验件进行力学性能测试时，能够将测试设备向复合材料试验件施加的作用力集中在第一豁口的位置，进而提高了测试精度，同时，第一豁口的底部通过弧面过渡，避免了由于在第一豁口的底部存在机械加工锐角导致的额外应力集中问题，使得测试设备向复合材料试验件施加的作用力能够较为均匀地集中在第一豁口的位置，进一步提高了测试精度。
附图说明
18.图1是现有技术中复合材料测试样条的主视图；
19.图2是现有技术中复合材料测试样条的俯视图；
20.图3是本实施例提供的复合材料试验件的主视图；
21.图4是本实施例提供的复合材料试验件的俯视图；
22.图5是本实施例提供的试板未切割时的剖面结构示意图。
23.图中：
24.10、夹持区；20、测试区；
25.100、第一端面；110、第一通槽；120、第一夹持部；130、第二夹持部；200、第二端面；210、第二通槽；220、第三夹持部；230、第四夹持部；300、第三端面；310、第一豁口；400、第四端面；410、第二豁口；500、测试部；600、试板；610、第一牺牲层；620、第二牺牲层；630、测试层；640、切槽位置。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
27.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第
一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
30.本实施例提供一种复合材料试验件，主要应用于例如剪切试验等力学性能测试，该复合材料试验件能够将测试设备对其施加的作用力较为均匀地集中起来，进而能够有效提高测试精度。
31.具体地，如图3和图4所示，该复合材料试验件包括第一端面100、第二端面200、第三端面300以及第四端面400，第一端面100与第二端面200相对设置，第三端面300与第四端面400相对设置，第一端面100与第三端面300垂直设置，第一端面100上设有第一通槽110，第二端面200上设有第二通槽210，第一通槽110与第二通槽210对称设置，第三端面300上设有第一豁口310，第一豁口310位于第一通槽110的槽底与第二通槽210的槽底之间，第一通槽110的中心线与第一豁口310的中心线垂直，第一豁口310的底部通过弧面过渡。
32.该复合材料试验件在第三端面300上开设第一豁口310，且第一豁口310位于第一通槽110的槽底与第二通槽210的槽底之间，第一豁口310的中心线与第一通槽110的中心线垂直，由此达到第一豁口310位置的结构强度较低的效果，在对复合材料试验件进行力学性能测试时，能够将测试设备向复合材料试验件施加的作用力集中在第一豁口310的位置，进而提高了测试精度，同时，第一豁口310的底部通过弧面过渡，避免了由于在第一豁口310的底部存在机械加工锐角导致的额外应力集中问题，使得测试设备向复合材料试验件施加的作用力能够较为均匀地集中在第一豁口310的位置，进一步提高了测试精度。
33.进一步地，如图3和图4所示，第一通槽110的中心线与第一豁口310的中心线相交，使得第一豁口310开设在相对于第一通槽110较为居中的位置，对复合材料试验件进行力学性能测试时，便于将测试设备向其施加的作用力集中在第一通槽110较为居中的位置，提高了复合材料试验件在长度方向(即，图3的左右方向)上的测试精度。
34.进一步地，如图3和图4所示，第一豁口310由第一通槽110的槽底贯通至第二通槽210的槽底，在复合材料试验件的厚度方向(即，图3的上下方向)上，测试设备向复合材料试验件施加的作用力都能够集中在第一豁口310上，提高了复合材料试验件在厚度方向上的测试精度。
35.优选地，如图3和图4所示，第四端面400上设有第二豁口410，第二豁口410与第一豁口310对称设置，在对复合材料试验件进行力学测试时，第三端面300和第四端面400的受力能够较为一致，进而使得在复合材料试验件的宽度方向(图4的上下方向)上受力较为均匀，提高了复合材料试验件在宽度方向上的测试精度。
36.进一步地，如图3和图4所示，第一豁口310的两侧分别为第一夹持部120和第二夹持部130，第二豁口410的两侧分别为第三夹持部220和第四夹持部230，第一豁口310与第二豁口410之间为测试部500，第一夹持部120的横截面面积、第二夹持部130的横截面面积、第三夹持部220的横截面面积以及第四夹持部230的横截面面积均大于测试部500的横截面面
积，对复合材料试验件进行测试时，用测试设备的一个夹持件夹住第一夹持部120和第三夹持部220，用测试设备的另一个夹持件夹住第二夹持部130和第四夹持部230，而后测试设备向复合材料试验件施加作用力，该作用力将主要作用在测试部500，当第一夹持部120的横截面面积、第二夹持部130的横截面面积、第三夹持部220的横截面面积以及第四夹持部230的横截面面积均大于测试部500的横截面面积时，横截面面积较大的四个夹持部将便于夹持件夹住夹持部，并且，横截面面积较小的测试部500便于使上述作用力较为集中，具有进一步提高测试精度的效果。可以理解的是，在其他实施方案中，也可以是第一夹持部120与第四夹持部230相对设置，第二夹持部130与第三夹持部220相对设置。
37.在一个实施方案中，第一通槽110的两侧分别为第一夹持部120和第二夹持部130，第二通槽210的两侧分别为第三夹持部220和第四夹持部230，第一通槽110的槽底与第二通槽210的槽底之间为测试部500，第一夹持部120与第三夹持部220相对设置，第二夹持部130与第四夹持部230相对设置，第一夹持部120的横截面面积、第二夹持部130的横截面面积、第三夹持部220的横截面面积以及第四夹持部230的横截面面积均大于测试部500的横截面面积，同样能够带来便于夹持件夹住夹持部的效果，以及进一步提高测试精度的效果。
38.进一步地，第一夹持部120、第二夹持部130、第三夹持部220以及第四夹持部230的结构强度均大于测试部500的结构强度，以避免在测试过程中，第一夹持部120、第二夹持部130、第三夹持部220以及第四夹持部230的其中一个或几个先于测试部500发生变形或断裂等问题，进而为测试试验的顺利进行起到了有力保障。
39.优选地，第一夹持部120、第二夹持部130、第三夹持部220以及第四夹持部230的结构强度相等，在测试过程中，使第一夹持部120、第二夹持部130、第三夹持部220以及第四夹持部230的受力较为均匀，具有进一步确保测试试验顺利进行的效果。
40.可选地，如图3和图4所示，第一夹持部120与第二夹持部130关于第一通槽110的中心线对称设置，第三夹持部220与第四夹持部230关于第二通槽210的中心线对称设置，使用两个夹持件分别夹住四个夹持部时，便于两个夹持件的加持位置较为对称，进而测试设备向第一通槽110两侧和第二通槽210两侧施加的作用力能够较为一致，具有进一步提高测试效果的作用。
41.在力学性能测试时，测试设备向复合材料试验件施加的作用力能够较为均匀地集中在第一豁口310和第二豁口410的位置，避免了作用力在长度方向上分散的问题，进而能够提高测试精度，并且对称设置的第一豁口310和第二豁口410的底部均通过弧面过渡，避免了在第一豁口310底部的锐角区域和第二豁口410底部的锐角区域发生额外的应力集中问题，具有进一步提高测试精度的效果。
42.本实施例还提供一种复合材料试验件的制备方法，具体包括如下步骤，如图5所示：
43.s01、铺叠：由下至上依次铺叠第一牺牲层610、测试层630以及第二牺牲层620；
44.s02、制袋和固化成型：将铺叠好的第一牺牲层610、测试层630以及第二牺牲层620进行制袋处理，而后对第一牺牲层610、测试层630以及第二牺牲层620进行热压固化制成试板600半成品；
45.s03、切割：通过数控加工的方法，将试板600半成品按照设计尺寸切割成若干试板600；
46.s04、切槽：通过数控加工的方法，在切槽位置640，将试板600上端面的部分第二牺牲层620切除形成第一通槽110，将试板600下端面的部分第一牺牲层610切除形成第二通槽210，且第一通槽110和第二通槽210对称设置；
47.s05、切豁口：通过数控加工的方法，在测试层630的前后两个端面(即，第三端面300和第四端面400)分别切出对称的第一豁口310和第二豁口410，并将第一豁口310的底部和第二豁口410的底部均加工成弧面，由此制成复合材料试验件。
48.可选地，上述测试层630是碳纤维层，即，在本实施例中，待测试的复合材料是碳纤维层，在其他实施方案中，可以将碳纤维层更换为其他待测试的复合材料，在制备过程中，将待测试的复合材料铺叠在第一牺牲层610和第二牺牲层620之间即可，此处不做具体限定。
49.可选地，上述第一牺牲层610和第二牺牲层620均为玻璃纤维层，玻璃纤维具有机械强度高和耐磨性低等特点，进行切槽工艺时，能够方便地对部分第一牺牲层610和部分第二牺牲层620进行切除，并且，在测试过程中，未切除的第一牺牲层610和第二牺牲层620作为夹持部具有较高的机械强度，能够避免在测试过程中夹持部发生变形或断裂等问题，当然，在其他实施方案中，第一牺牲层610和第二牺牲层620也可以选用其他机械强度高且耐磨性低的材料，此处不做具体限定。
50.与现有技术中，在测试区两侧的上下端面分别粘贴加强片以形成夹持区的制备方法相比，本实施例提供的复合材料试验件制备方法，先通过铺叠、制袋、固化成型以及切割的工艺制备出试板600，而后在试板600上切槽和切豁口即可制成复合材料试验件，整体制备工艺非常简单，操作人员在铺叠工序前，计算出第一通槽110、第二通槽210、第一豁口310以及第二豁口410的尺寸，而后计算出试板600尺寸，根据上述计算出的尺寸进行切割、切槽以及切豁口的操作即可，省去了粘贴加强片的工序，这在实际生产和实际测试过程中是十分重要的，具体而言，实际测试中用到的复合材料试验件的体积往往非常小，并且对于体积很小的复合材料试验件的尺寸精度要求很高，若采用上述粘贴加强片的制备方法，不仅使得复合材料试验件的制备方法较为繁琐，而且很容易出现加强片粘贴位置不准和粘贴胶体厚度不一致等问题，这些问题都将直接导致复合材料试验件的尺寸精度降低，进而严重影响测试精度，而本实施例提供的复合材料试验件制备方法解决了上述复合材料试验件的尺寸精度降低的问题，为提高测试精度提供了有力保障。另一方面，本实施例提供的复合材料试验件制备方法，其切割、切槽以及切豁口的操作均通过数控加工的方法实现，基于目前市场上常见的数控加工设备，其加工精度可达到0.08mm，为试板600、第一通槽110、第二通槽210、第一豁口310以及第二豁口410的尺寸精度，以及第一豁口310的底部弧面和第二豁口410的底部弧面的尺寸、垂直度、表面粗糙度等精度均提供了有力保障，进一步提高了复合材料试验件的尺寸精度，因而同样具有提高测试精度的效果。再一方面，不论是薄而宽的复合材料试验件还是厚而窄的复合材料试验件，都可以通过本实施例提供的制备方法制作出尺寸精度较高的复合材料试验件，其具有较强的通用性。又一方面，本实施例提供的制备方法省去了粘贴加强片的工序，直接通过数控加工的方法即可形成夹持部和测试部500，其耗时短、成本低且效率高，可极大提高生产效率。
51.需要说明的是，在计算第一通槽110、第二通槽210、第一豁口310以及第二豁口410的尺寸时，其计算依据可以参照现有技术中待粘贴的加强片的尺寸，也可以根据测试需求
计算，根据实际设计情况而定即可，此处不做具体限定。
52.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。