陶瓷基复合材料纤维束高温拉伸试验夹具装置、使用方法与流程

本发明属于材料性能试验测试，具体地，涉及一种陶瓷基复合材料纤维束高温拉伸试验夹具装置、使用方法。

背景技术：

1、陶瓷基复合材料(cmcs)作为一种多相非均质材料，广泛用于航天飞行器防热承载一体化结构。cmcs由增强相(碳纤维束)和基体相组成，其中碳纤维束作为主要承载相决定了cmcs强度是保证材料在高温环境下正常服役的关键，因此获取高温服役环境下碳纤维束力学性能对材料工艺改进和结构强度评估具有重要意义。

2、碳纤维束为亚毫米直径的刚性材料丝，试样只能通过特制夹具安装在高温拉伸试验机上，而由于碳纤维束直径小，长度短，刚度大等特点，纤维束试样在夹持过程中极易出现夹持力过大、试样弯折等情况而造成试样断裂的情况。同时，由于试验温度过高容易出现夹具过热等问题。为了解决陶瓷基复合材料纤维束高温拉伸试验测试中的诸多问题，亟需设计一种合适的夹具装置。

3、因此，发明一种用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置及使用方法来解决上述问题很有必要。

4、在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种陶瓷基复合材料纤维束高温拉伸试验夹具装置及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种陶瓷基复合材料纤维束高温拉伸试验夹具装置，包括上夹持组件、下夹持组件和限位架，上/下夹持组件结构相同，用于固定纤维束试样两端；上/下夹持组件包括夹头、夹具、一组夹持块、一组隔热垫片、预紧装置及水冷接头；夹头端部制有连接螺纹，用于拉伸试验夹具装置与试验设备固定连接；夹头制有安装槽，夹具通过安装槽以竖直可调的方式安装槽安装于夹头内，夹具内部制有锥形槽，锥形槽内制有一组凹形滑道；每个夹持块上制有对应所述锥形槽的锥形面，锥形面上制有对应所述凹形滑道的定位凸台，夹持块通过锥形面与定位凸台以滑动连接的方式安装于夹具内；每个夹持块上制有垫片定位槽，在该定位槽内安装隔热垫片，夹持块向相向合拢压紧纤维束试样；夹头内壁制有限位滑道，在限位滑道内安装预紧装置。

4、进一步的，在所述夹头内壁制有与所述水冷夹头端部相适配的贯通方孔。

5、进一步的，在所述夹具上制有一组对称的水冷螺纹通孔，在每个水冷螺纹通孔两端安装一组水冷接头，水冷接头外接水冷管。

6、进一步的，在所述夹具一端上制有一组对称的限位孔，在限位架上制有与所述限位孔对应的限位针，夹具通过限位孔与限位针固定在限位架两端。

7、进一步的，所述预紧装置包括预紧杆、预紧弹簧、预紧板、预紧螺母、限位杆，预紧板通过限位滑道安装在夹具上；预紧板上制有水平通孔，夹具上制有限位通孔，预紧板通过插入限位通孔和水平通孔的限位杆与夹具进行固定，预紧板上制有定位光孔；预紧螺母上制有与对应所述定位光孔的定位光轴，预紧螺母通过定位光轴以竖直可调的方式安装于预紧板上；预紧螺母上制有螺纹孔；预紧杆上制有对应所述螺纹孔的螺纹杆，螺纹杆外部套装预紧弹簧，预紧杆通过螺纹杆与预紧螺母进行固定。

8、进一步的，在所述每个夹持块上制有限位台阶，限制隔热垫片在垫片定位槽内滑动。

9、进一步的，在所述每个隔热垫片上制有压紧弧面，压紧弧面直径与夹持块上的垫片定位槽直径相同。

10、进一步的，在所述每个隔热垫片上制有压紧槽，压紧槽直径与纤维束试样直径相同。

11、进一步的，在所述每个隔热垫片一端制有防剪圆角。

12、进一步的，所述隔热垫片的防剪圆角与对应夹持块的限位台阶同侧。

13、一种用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置的使用方法，包括如下步骤：

14、步骤一：将两组夹持块和隔热垫片分别安装在上/下夹持组件的夹具的锥形槽内，并将夹具水平放置在试验台上；

15、步骤二：旋紧预紧装置的的预紧螺母，让预紧弹簧处于最大程度的压缩状态，并将预紧装置通过限位滑道安装在夹具上，通过在夹具的限位通孔和预紧平板的水平通孔中插入限位杆，固定预紧装置位置；

16、步骤三：将纤维束试样的两端分别水平放置在上/下夹持组件的隔热垫片的压紧槽内，通过限位架对上/下夹持组件的夹具进行固定；

17、步骤四：旋松预紧装置的的预紧螺母，让预紧杆推动夹持块在夹具锥形槽内滑动，夹具相向合拢压紧纤维束试样；

18、步骤五：将上/下夹持组件的夹头通过连接螺纹安装在试验设备上，将上/下夹持组件的夹具分别安装到上/下夹持组件夹头的安装槽内；

19、步骤六：让上/下夹持组件的水冷接头与水冷管连接并固定；

20、步骤七：试验设备进行预加载，加载载荷达到5至10n后，停止加载并撤去限位架。

21、步骤八：完成高温拉伸试验夹具装置安装及纤维束试验件夹持。

22、本发明的技术效果和优点：

23、1、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置，用于单轴拉伸试验中纤维束等刚性丝试样的夹持，在夹持过程中实现对试样的保护，解决纤维束夹持过程中易偏轴、弯折及加持力过大的问题，满足陶瓷基复合材料纤维束高温拉伸力学性能测试需求。

24、2、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置，上/下夹持组件均设置有水冷接头、隔热垫片，满足高温环境下夹具装置防/隔热需求。

25、3、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置，上/下夹持组件的夹具制有限位孔，限位架上制有与所述限位孔对应的限位针，夹具通过限位孔与限位针固定在限位架两端，在安装过程中避免上/下夹持组件的夹具间产生相对转动、弯曲等情况，防止试样出现偏折、弯折、扭转等问题。

26、4、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置，夹持块通过锥形面以滑动连接的方式安装于夹具内，夹持块向相向合拢压紧纤维束试样，在试验过程中试样拉动夹持块沿夹具内锥形槽滑动，夹持块不断合拢，夹紧力不断增加，自紧式设计防止夹持过程中试样夹紧力过大。

27、5、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置，每个夹持块的锥形面上制有定位凸台，在夹具的锥形槽内制有与之对应的凹形滑道，试验过程中，夹持块仅能沿凹形滑道滑道，防止试验过程中因夹持块转动带来的试样扭转的问题。

28、6、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置，每个隔热垫片一端制有防剪圆角，防止试样在夹持过程中发生剪切损伤。

29、7、本发明的用于陶瓷基复合材料纤维束的高温拉伸试验夹具装置及使用方法，通过预紧装置与自紧式夹具实现对纤维束试样的夹紧定位，通过隔热垫片和水冷设计满足高温环境下夹具装置防/隔热需求，通过限位架的安装与拆卸在不影响试验测量的基础上实现夹持过程中对纤维束等刚性丝状试样的保护，极大避免了试验因偏折、弯折、扭转等问题带来的试验测量误差。