本發(fā)明涉及多孔狀和蜂窩狀材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

1、多孔狀和蜂窩狀材料因其輕量化、高比強(qiáng)度、吸能性能優(yōu)異等特點(diǎn)、廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、土木、海洋工程等領(lǐng)域。多孔狀和蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)是用于測(cè)定該材料在剪切力作用下力學(xué)性能的一種試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，將試樣與剪切試驗(yàn)裝置連接，并施加剪切載荷，直到試樣被剪切破壞，通過將施加的剪切載荷除以試樣的剪切面積計(jì)算剪切強(qiáng)度，通過在彈性范圍內(nèi)測(cè)得的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變之比來計(jì)算剪切模量。目前，暫無針對(duì)多孔狀和蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。gb/t?1455《夾層結(jié)構(gòu)或芯子剪切性能試驗(yàn)方法》提供了一夾層結(jié)構(gòu)或芯子的剪切性能試驗(yàn)方法，該方法通過將試樣與夾具粘結(jié)，進(jìn)而施加剪切力使試樣剪切破壞。對(duì)于多孔狀和蜂窩狀材料，該種方法雖然也適用，但由于其表面多孔的特性，在粘結(jié)時(shí)不易粘緊，且采用粘結(jié)的方式，在高溫狀態(tài)下，粘結(jié)劑的結(jié)合力會(huì)顯著受到影響，造成試樣在粘結(jié)處斷裂，導(dǎo)致試驗(yàn)無效，而采集應(yīng)變使用的光柵尺，通常在高溫下也無法使用。此外，此種方法在制備試樣時(shí)十分不便，試驗(yàn)結(jié)束后需將殘留在夾具上的粘結(jié)劑處理干凈后才能進(jìn)行下一個(gè)試樣的制備，影響試驗(yàn)效率。

2、查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，現(xiàn)有針對(duì)于剪切試驗(yàn)的夾具專利通常是通過直接對(duì)試樣兩端施加力，借助一定的夾具固定試樣，通過夾具與試樣直接接觸來實(shí)現(xiàn)剪切載荷的施加，但多孔材料通常具有不連續(xù)的孔隙和薄壁結(jié)構(gòu)，這些孔隙會(huì)導(dǎo)致材料的局部區(qū)域無法像實(shí)心材料一樣均勻受力，容易在局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，且多孔蜂窩結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)或薄壁部分比較脆弱，在應(yīng)力集中的影響下，試樣如果只有一個(gè)部位受力，容易在與夾具接觸的地方局部被壓潰，被壓潰的部位一層一層向下延伸，最終試樣整體被壓潰，無法實(shí)現(xiàn)剪切斷裂形式，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

3、公開號(hào)：cn107421805a一種用于復(fù)合材料板與鋁合金板鉚接件剪切試驗(yàn)的夾具，包括第一夾板、第二夾板、兩個(gè)緊固板和兩個(gè)引伸計(jì)固定刀口卡塊及相關(guān)的連接件，可以方便的進(jìn)行異種材料小尺寸搭接剪切試樣的拉伸剪切試驗(yàn)，同時(shí)可裝卡引伸計(jì)，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)定剪切力隨位移的變化情況。但是容易在局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，在與夾具接觸的地方局部被壓潰，還存在對(duì)中性不足的問題。

4、因此，有必要設(shè)計(jì)一套針對(duì)多孔狀和蜂窩狀材料的剪切試驗(yàn)裝置，以解決剪切試驗(yàn)中容易在局部出現(xiàn)應(yīng)力集中壓潰試樣的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置及使用方法，解決容易在局部出現(xiàn)應(yīng)力集中壓潰試樣的問題。

2、現(xiàn)有多孔狀和蜂窩狀材料的剪切試驗(yàn)采用粘結(jié)的方式連接試樣與夾具，存在樣品制備困難，載荷無法施加、試驗(yàn)效率低的問題，且粘結(jié)劑及采集變形用的光柵尺在高溫試驗(yàn)環(huán)境通常無法使用。

3、本專利旨在發(fā)明一種適海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置及使用方法，該裝置操作簡(jiǎn)單，采用多個(gè)銷釘連接的方式連接試樣與夾具，避免高溫狀態(tài)下粘結(jié)劑失效的問題，也能夠避免加載過程中由于試樣受力不均勻?qū)е略嚇优c夾具接觸的部分被壓潰；在夾具上設(shè)計(jì)卡槽，用于夾持引伸計(jì)，可在高低溫環(huán)境下測(cè)量變形；增加了導(dǎo)軌，保證在加載過程中試樣始終處于受剪切力狀態(tài)，消除隨著試樣裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的附加拉力；設(shè)計(jì)了萬向節(jié)，保證試樣加載過程中的對(duì)中性。

4、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

5、本發(fā)明公開了一種海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置，包括第一夾板、第二夾板、固定銷、第一固定座和引伸計(jì)；

6、所述第一夾板為l型結(jié)構(gòu)，所述第一夾板設(shè)置有試樣放置部，用于放置樣件；

7、所述第二夾板與所述第一夾板結(jié)構(gòu)相同，所述第二夾板與所述第一夾板相對(duì)設(shè)置；

8、所述固定銷包括固定板和多個(gè)銷釘，多個(gè)所述銷釘設(shè)置在所述固定板上，所述固定銷設(shè)置至少兩個(gè)，至少兩個(gè)所述固定銷分別穿過所述第一夾板和所述第二夾板連接所述樣件，所述銷釘用于固定所述樣件并對(duì)所述樣件施加剪切力；

9、兩個(gè)所述第一固定座分別設(shè)置在所述第一夾板和所述第二夾板豎直部的側(cè)面，用于固定所述引伸計(jì)；

10、所述引伸計(jì)用于檢測(cè)所述樣件在受力過程中的變形情況。

11、進(jìn)一步的，所述第一夾板豎直部的側(cè)面設(shè)置有多個(gè)第二通孔，用于所述銷釘穿過所述第一夾板連接所述樣件。

12、進(jìn)一步的，所述第一夾板及所述樣件上所述第二通孔的尺寸、數(shù)量應(yīng)滿足以下表達(dá)式：

13、

14、式中：s為試樣剪切面的面積，單位為mm2；

15、r為通孔直徑，單位為mm；

16、h為通孔深度，單位為mm；

17、n為通孔數(shù)量。

18、進(jìn)一步的，多個(gè)所述銷釘沿豎直方向均布在所述固定板上。

19、進(jìn)一步的，所述第一夾板水平部下底設(shè)置有萬向節(jié)，所述萬向節(jié)用于連接試驗(yàn)機(jī)。

20、進(jìn)一步的，所述萬向節(jié)包括連接桿和滑套，所述連接桿與所述第一夾板螺紋連接，所述連接桿遠(yuǎn)離所述第一夾板的一端為光滑曲面，所述滑套為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述滑套內(nèi)表面為光滑曲面，所述連接桿的頂端與所述滑套內(nèi)表面套接。

21、進(jìn)一步的，所述第一固定座包括l型支架和支桿，所述l型支架的一端通過螺釘連接所述第一夾板，所述l型支架的水平部遠(yuǎn)離所述第一夾板，所述支桿固定在所述l型支架水平部，所述支桿用于固定所述引伸計(jì)。

22、進(jìn)一步的，所述第一夾板設(shè)置有導(dǎo)軌、第二固定座和滑動(dòng)座，所述第二固定座和所述滑動(dòng)座設(shè)置在所述第一夾板水平部側(cè)面，所述導(dǎo)軌的一端與所述第二固定座可拆卸連接，所述導(dǎo)軌遠(yuǎn)離所述第二固定座的一端與所述第二夾板的滑動(dòng)連接，所述滑動(dòng)座用于滑動(dòng)連接所述第二夾板。

23、進(jìn)一步的，所述樣件的截面為工字形，所述樣件的兩個(gè)翼緣側(cè)面設(shè)置有多個(gè)第三通孔，用于與所述銷釘配合連接。

24、本發(fā)明的另一目的是公開了一種海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置使用方法，適用于上述所述的海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置，具體包括以下步驟：

25、s1：將所述滑套套于所述連接桿上；

26、s2：將兩個(gè)用于安裝所述引伸計(jì)或其他傳感器的第一固定座3分別通過螺栓安裝在所述第一夾板和所述第二夾板上；

27、s3：將所述第二固定座和所述滑動(dòng)座通過螺栓固定連接所述第一夾板；

28、s4：將所述樣件置于所述第一夾板和所述第二夾板試樣放置部，將所述樣件和所述第一夾板之間、所述樣件和所述第二夾板之間通過所述固定銷連接起來；

29、s5：將所述第一夾板連接試驗(yàn)機(jī)上夾頭，移動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備的橫梁，調(diào)整好位置后將所述第二夾板置于試驗(yàn)機(jī)下夾頭內(nèi)；

30、s6：將所述導(dǎo)軌插入到所述第二固定座和所述滑動(dòng)座中；

31、s7：將所述引伸計(jì)裝卡至第一固定座3上；

32、s8：操作試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪切試驗(yàn)，記錄所述引伸計(jì)的數(shù)據(jù)；

33、s9：結(jié)束試驗(yàn)。

34、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種海洋工程多孔蜂窩狀材料剪切試驗(yàn)裝置及使用方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

35、1.本發(fā)明通過采用多個(gè)銷釘固定加載的方式，避免了夾具與試樣直接接觸，導(dǎo)致多孔或蜂窩材料局部受力過大導(dǎo)致試樣局部被壓潰；不使用粘結(jié)劑可保證試驗(yàn)在高低溫環(huán)境下進(jìn)行，具有較高的通用性，具有高對(duì)中性、高實(shí)用性、裝夾方便、可采集變形等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了多孔和蜂窩狀材料剪切性能測(cè)試技術(shù)的空白，提高測(cè)試效率及準(zhǔn)確度，為多孔和蜂窩狀構(gòu)件研制提供數(shù)據(jù)支撐。

36、2.本發(fā)明通過導(dǎo)軌可保證試驗(yàn)過程中隨著試樣裂紋張開角增大而夾具不產(chǎn)生偏斜，避免產(chǎn)生附加的拉力，提高試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性，且裝置上具有萬向節(jié)，可在試驗(yàn)過程中自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，確保施加力和試樣受力的同軸性，對(duì)中性較好。

37、3.本發(fā)明相較于粘結(jié)試樣的裝夾方法，本裝置裝夾方便，只需用固定銷連接試樣與夾具即可開展試驗(yàn)，顯著提高試驗(yàn)效率。

38、4.本發(fā)明可采用引伸計(jì)進(jìn)行試樣變形的測(cè)量，在高低溫環(huán)境下均可適用，擴(kuò)展了試驗(yàn)?zāi)芰Ψ秶?/p>