【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料预制体变形，具体涉及一种面向碳纤维预制体的大弯折实验装置及实验方法。
技术介绍
1、3d机织复合材料具有优异的抗分层、抗冲击、耐疲劳性能及复杂构件近净成型等优点，在航空航天、海洋船舶、车辆工程和体育等领域得到了广泛应用。近年来，人们对大尺寸、复杂外形的3d机织复合材料提出了更多的应用需求。预制体的纤维结构对复合材料的力学性能有着决定性的影响，在大尺寸、异形复合材料结构件的制备过程中，预制体往往发生复杂的外形转换，其中弯曲变形是一种常见的变形模式。研究表明，预制体的弯曲性能对变形过程中褶皱缺陷的形成、演化及最终形态有着决定性影响，弯曲性能是影响预制体适形性能和复合材料力学性能的重要因素。因此，需发展一种新型碳纤维预制体弯曲性能测试装置及方法。
技术实现思路
1、专利技术目的：为解决上述问题，本专利技术提供了一种面向碳纤维预制体的大弯折实验装置及实验方法，通过本专利技术可以快速精确地确定碳纤维预制体弯折过程中抗弯折力与弯折角度的关系，探明不同成形工艺参数碳纤维预制体的弯折性能。
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术所述面向碳纤维预制体的大弯折实验装置采用的技术方案具体如下：面向碳纤维预制体的大弯折实验装置包括旋转驱动单元、力检测单元、工装夹具、旋转角度检测单元；所述旋转驱动单元包括直流减速电机、转轴、转轴支撑模块，转轴支撑模块包括转轴支撑座，转轴支撑座内设有轴承随转轴转动；所述力检测单元包括翻转板、力学传感器、与力学传感器连接的力学传感器安装块、下
3、进一步的，所述翻转板由一块方形薄板和一块立方体组成，立方体为第一部件，方形薄板为第二部件；第二部件的圆孔大小与力学传感器适配。
4、进一步的，所述工装夹具包括口字形固定板、与口字形固定板连接的上压板，口字形固定板设有一开口，开口覆盖下压板及力学传感器，上压板与设有开口的口字形固定板一面外侧连接，第二部件与设有开口的口字形固定板一面内侧连接。
5、进一步的，所述旋转角度检测单元独立存在。
6、进一步的，所述电机固定模块包括电机支架、电机安装座。
7、本专利技术所述面向碳纤维预制体的大弯折的实验方法采用的技术方案具体如下：面向碳纤维预制体的大弯折实验方法包括以下步骤：
8、1)准备实验试件；
9、2)将实验装置放置于水平实验台面；
10、3)接通电源并驱动翻转板复位至初始方向；
11、4)安装旋转角度检测单元至正确位置，采集实验数据；
12、5)安装实验试件；通过工装夹具夹住预制体试件上半部分，下半部分贴在翻转板上；
13、6)启动直流减速电机完成180°的翻转控制，转动期间不断采集旋转角度和微型力传感器读数；
14、7)将所获得的实验数据拟合去除预紧力和试件重力，绘制出旋转角度和实验试件抗弯折力的关系曲线。
15、进一步的，所述步骤1)中实验试件为采用编织工艺制备的碳纤维编织布后，经过针刺工艺制备而成的针刺结构预制体。
16、进一步的，所述步骤2)中初始方向为竖直方向。
17、进一步的，所述步骤3)中正确位置为工业相机位于转轴中线。
18、进一步的，所述步骤4)中实验试件通过上压板及下压板固定其两端，同时调节下压板的压紧程度，给予试件合适的初始预紧力。
19、有益效果：本专利技术较于现有技术，具有如下显著效果：通过工装夹具夹住预制体试件上半部分，下半部分贴在翻转板上，由透明压板夹紧，直流减速电机驱动转轴，带动翻转板转动，使预制体试件发生弯折；通过压力传感器实时检测预制体试件抗弯折力，由工业相机实时检测试件弯折角度变化，可以快速精确的确定碳纤维预制体弯折过程中抗弯折力与弯折角度的关系，探明不同成形工艺参数碳纤维预制体的弯折性能。
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1.一种面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，包括旋转驱动单元(1)、力检测单元(2)、工装夹具(3)、旋转角度检测单元(4)；所述旋转驱动单元(1)包括直流减速电机(11)、转轴(14)、转轴支撑模块(15)，转轴支撑模块(15)包括转轴支撑座(152)，转轴支撑座(152)内设有轴承随转轴(14)转动；所述力检测单元(2)包括翻转板(21)、力学传感器(22)、与力学传感器(22)连接的力学传感器安装块(23)、下压板(24)，翻转板(21)由第一部件(210)和第二部件(211)组成，力学传感器(22)固定于第二部件(211)的圆孔中，下压板(24)与第二部件(211)一侧连接，另一侧与力学传感器安装块(23)连接；所述旋转角度检测单元(4)包括设于转轴(14)中线上的工业相机(41)；直流减速电机(11)轴端与转轴(14)一端相连，转轴(14)穿过转轴支撑模块(15)，另一端与翻转板(21)的第一部件(210)相连，第二部件(211)与工装夹具(3)连接。
2.根据权利要求1所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，所述翻转板(21)由一块方
3.根据权利要求1所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，所述工装夹具(3)包括口字形固定板(31)、与口字形固定板(31)连接的上压板(32)，口字形固定板(31)设有一开口，开口覆盖下压板(24)及力学传感器(22)，上压板(32)与设有开口的口字形固定板(31)一面外侧连接，第二部件(211)与设有开口的口字形固定板(31)一面内侧连接。
4.根据权利要求1所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，所述旋转角度检测单元(4)独立存在。
5.根据权利要求1所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，所述电机固定模块(12)包括电机支架(121)、电机安装座(122)。
6.一种使用如权利要求1至5中任一项所述面向碳纤维预制体的大弯折实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验方法，其特征在于，所述步骤1)中实验试件为采用编织工艺制备的碳纤维编织布后，经过针刺工艺制备而成的针刺结构预制体。
8.根据权利要求6所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验方法，其特征在于，所述步骤2)中初始方向为竖直方向。
9.根据权利要求6所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验方法，其特征在于，所述步骤3)中正确位置为工业相机(41)位于转轴(14)中线。
10.根据权利要求6所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验方法，其特征在于，所述步骤4)中实验试件通过上压板(32)及下压板(24)固定其两端，同时调节下压板(24)的压紧程度，给予试件合适的初始预紧力。
...【技术特征摘要】
1.一种面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，包括旋转驱动单元(1)、力检测单元(2)、工装夹具(3)、旋转角度检测单元(4)；所述旋转驱动单元(1)包括直流减速电机(11)、转轴(14)、转轴支撑模块(15)，转轴支撑模块(15)包括转轴支撑座(152)，转轴支撑座(152)内设有轴承随转轴(14)转动；所述力检测单元(2)包括翻转板(21)、力学传感器(22)、与力学传感器(22)连接的力学传感器安装块(23)、下压板(24)，翻转板(21)由第一部件(210)和第二部件(211)组成，力学传感器(22)固定于第二部件(211)的圆孔中，下压板(24)与第二部件(211)一侧连接，另一侧与力学传感器安装块(23)连接；所述旋转角度检测单元(4)包括设于转轴(14)中线上的工业相机(41)；直流减速电机(11)轴端与转轴(14)一端相连，转轴(14)穿过转轴支撑模块(15)，另一端与翻转板(21)的第一部件(210)相连，第二部件(211)与工装夹具(3)连接。
2.根据权利要求1所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，所述翻转板(21)由一块方形薄板和一块立方体组成，立方体为第一部件(210)，方形薄板为第二部件(211)；第二部件(211)的圆孔大小与力学传感器(22)适配。
3.根据权利要求1所述的面向碳纤维预制体的大弯折实验装置，其特征在于，所述工装夹具(3)包括口字形固定板(31)、与口字形固定板(31)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙正，邵笑，杨昊达，王尧尧，单雪浩，汪炜昊，汪洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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