【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维增强复合材料性能测试，特别涉及一种采用高通量实验方法对纤维增强复合材料界面剪切强度进行顶入/出的测试仪与测试方法。
技术介绍
1、材料基因组计划的提出，极大的促进了材料科学研究向数据驱动科学方向发展。在该理念的驱动下，以材料库理念为核心的材料高通量制备-表征-数据学习-材料优选过程在高分子材料设计改性、材料热化学处理、表征和多元材料体系探索等领域发挥了重要作用。然而，受制于数据学习对数据库的依赖和实验方式的限制等，高通量制备表征在纤维增强复合材料领域应用仍有潜力。
2、纤维增强复合材料有高比强度、刚度和耐损伤容限等优势。复合材料应用承载阶段，界面具有裂纹偏转和促使纤维桥接的作用，能够提高材料使用寿命、降低裂纹敏感，是复合材料设计中最为关键的环节之一。界面剪切强度能够衡量复合材料界面裂纹偏转能力和材料断裂韧性。因此，针对同一服役环境设计的不同种类复合材料界面相之后，亟需采用合理的手段并行评估界面相力学性能，以实现短时间快速筛选最佳服役性能的界面相类型。
3、界面剪切强度测试使用范围最广的方法有纤维顶入(push in)和顶出法(pushout)等。纤维顶入法即保证被顶出端与夹具接触，通过力-位移曲线判断界面脱粘位置，纤维顶出法需要被顶出端与支撑夹具留有轴向间距，提供纤维脱粘位移。纤维顶出法要求复合材料制备成薄片状(通常小于200微米)，制样难度和成本高，纤维顶入法需要对载荷位移曲线进行分析处理，直观性不够但制样难度低、效率高，仅需要材料上、下端面平行。目前，界面剪切强度测试仍然面临数据可重
4、综上所述，现有的界面剪切强度方案难以对多个样品进行同时测试，难以获取准确实验数据，难以实现界面相的快速优选，高通量界面剪切性能测试方法和数据库积累已经成为制约复合材料尤其是界面设计的重要瓶颈。
技术实现思路
1、为了解决纤维增强复合材料界面剪切强度测试面临的一系列问题，本专利技术特别设计了一种可以对纤维增强复合材料进行界面顶入/出的界面剪切强度测试仪与测试方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的实验方案为：
3、高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，包括加载装置1，样品放大和图像采集测距装置2，夹具水平位移控制装置3，夹具纵向位移控制装置4和界面顶入/出夹具5。
4、所述加载装置1包括力学试验机夹具101和加载探针102。所述样品放大和图像采集测距装置2包括悬臂梁201、角码202，直线电机a203，工业相机204，锁紧螺母205，光学显微镜206和图像采集、距离测量信号线。所述夹具水平位移控制装置3包括底座301，滑轨a302，直线电机b303和工作台a304。所述夹具纵向位移控制装置4包括滑轨b401，直线电机c402和工作台b403。所述界面顶入/出夹具包括夹具底座501，销钉502和夹紧片503。
5、所述力学试验机夹具101用于夹紧加载探针102并提供垂直方向位移，加载探针102对样品施加垂直位移载荷。
6、所述样品放大和图像采集测距装置2与加载装置1通过悬臂梁201连接，工业相机204与光学显微镜206连接，光学显微镜206与直线电机a203动子固定，直线电机a203通过一对角码202固定于悬臂梁201上，直线电机a203用于驱动工业相机204、光学显微镜206的垂直运动；图像采集、距离测量信号线分别与工业相机204和显示器连接。所述光学显微镜206镜头中心与加载探针102的平面投影在同一水平轴上。在光学显微镜206完成对焦后，锁紧螺母205用于与直线电机a204动子进行固定实现光学显微镜206的定位。
7、所述直线电机b303固定在底座301上，在底座301上、位于直线电机b303两侧位置设置平行的两根滑轨a302，工作台a304底部设置滑块，能够通过滑块在滑轨a302上移动，工作台a304通过直线电机b303的驱动在磁场力作用下能够沿滑轨a302实现水平往复移动。
8、所述直线电机c402固定在工作台a304上，在工作台a304上、位于直线电机c402的两侧位置设置平行的两根滑轨b401，工作台b403底部设置滑块，能够通过滑块在滑轨b401上移动，工作台b403通过直线电机c402的驱动在磁场力作用下能够沿滑轨b401实现纵向往复移动。
9、所述界面顶入/出夹具5的夹具底座501设置于工作台b403上。夹具底座501上设有若干阶梯孔，阶梯孔上半部分直径较大为大孔，用于放置样品，阶梯孔下半部分直径较小为小孔用于与销钉连接，阶梯孔之间的间隔固定，阶梯孔按逆时针方向顺序编号，销钉502用于与小孔过盈配合，夹紧片503装在样品与阶梯孔大孔边缘缝隙处，防止样品移动。
10、进一步的，所述加载探针102的直径为3微米与50微米。对于纤维体积分数小于50％的复合材料，采用直径为3微米的加载探针进行单纤维测试，对于纤维体积分数大于50％的复合材料，采用直径为50微米的加载探针进行多纤维测试。
11、进一步的，直线电机a203移动精度为1微米。
12、进一步的，所述光学显微镜206镜头上有十字标尺，标尺精度为0.01毫米。
13、进一步的，所述直线电机a203驱动光学显微镜206对样品进行微米级调焦。
14、进一步的，所述光学显微镜206镜头中心与加载探针102的平面投影的水平距离为l。
15、进一步的，直线电机b303的移动精度为1微米。
16、进一步的，直线电机c402的移动精度为1微米。
17、进一步的，所述销钉502置于阶梯孔小孔时对界面进行顶入测试，取出销钉对界面进行顶出测试，取出部分销钉，对不同样品分别进行顶入/出测试。
18、进一步的，所述的样品可以为纤维增强陶瓷基复合材料，纤维增强树脂基复合材料和纤维增强金属基复合材料，纤维体积分数不限。
19、进一步的，界面顶入法样品厚度不高于1厘米，样品上、下表面平行，界面顶出法样品厚度不高于200微米。
20、一种高通量界面剪切强度顶入/出测试方法，包括以下步骤：
21、s1、将与待测的样品尺寸一致的空白校准样品置于夹具底座501的某一个大孔中，样品边缘用夹紧片503进行固定，防止样品松动；
22、s2、调节直线电机b303和/或直线电机c402，移动夹具底座501于加载探针102下方，且空白校准样品对准加载探针102下方，控制移动力学试验机夹具101带动加载探针102垂直向下移动。目视确认加载探针102接近空白校准样品表面后，控制移动力学试验机夹具101缓慢向下加载，监测载荷增大至加载探针102许可载荷后控制移动力学试验机夹具101垂直上升至安全位置，防止折断加载探针102。此时构建以加载探针102轴心在水平面上投影为原点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，包括加载装置(1)，样品放大和图像采集测距装置(2)，夹具水平位移控制装置(3)，夹具纵向位移控制装置(4)和界面顶入/出夹具(5)；所述加载装置(1)包括力学试验机夹具(101)和加载探针(102)；所述样品放大和图像采集测距装置(2)包括悬臂梁(201)、角码(202)，直线电机A(203)，工业相机(204)，锁紧螺母(205)，光学显微镜(206)和图像采集、距离测量信号线；所述夹具水平位移控制装置(3)包括底座(301)，滑轨A(302)，直线电机B(303)和工作台A(304)；所述夹具纵向位移控制装置(4)包括滑轨B(401)，直线电机C(402)和工作台B(403)；所述界面顶入/出夹具包括夹具底座(501)，销钉(502)和夹紧片(503)；
2.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，所述加载探针(102)的直径为3微米与50微米；对于纤维体积分数小于50％的复合材料，采用直径为3微米的加载探针进行单纤维测试，对于纤维体积分数大于50％的复合材料，采用直径为50微米的加载探
3.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，直线电机A(203)移动精度为1微米；所述光学显微镜(206)镜头上有十字标尺，标尺精度为0.01毫米；所述直线电机A(203)驱动光学显微镜(206)对样品进行微米级调焦。
4.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，直线电机B(303)的移动精度为1微米；直线电机C(402)的移动精度为1微米。
5.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，所述销钉(502)置于阶梯孔小孔时对界面进行顶入测试，取出销钉对界面进行顶出测试，取出部分销钉，对不同样品分别进行顶入/出测试。
6.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，所述的样品可以为纤维增强陶瓷基复合材料，纤维增强树脂基复合材料和纤维增强金属基复合材料，纤维体积分数不限。
7.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，界面顶入法样品厚度不高于1厘米，样品上、下表面平行，界面顶出法样品厚度不高于200微米。
8.采用权利要求1-7任一所述的一种高通量界面剪切强度顶入/出测试仪进行的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S8中，对纤维体积分数小于50％的单纤维测试时，计算公式(2)d＝纤维直径；对纤维体积分数大于50％的多纤维测试时，计算公式d＝顶出纤维束外包络线直径。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对于多纤维测试，所述顶出纤维束外包络线直径由步骤S9拍照后，对顶出位置测量得到。
...【技术特征摘要】
1.高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，包括加载装置(1)，样品放大和图像采集测距装置(2)，夹具水平位移控制装置(3)，夹具纵向位移控制装置(4)和界面顶入/出夹具(5)；所述加载装置(1)包括力学试验机夹具(101)和加载探针(102)；所述样品放大和图像采集测距装置(2)包括悬臂梁(201)、角码(202)，直线电机a(203)，工业相机(204)，锁紧螺母(205)，光学显微镜(206)和图像采集、距离测量信号线；所述夹具水平位移控制装置(3)包括底座(301)，滑轨a(302)，直线电机b(303)和工作台a(304)；所述夹具纵向位移控制装置(4)包括滑轨b(401)，直线电机c(402)和工作台b(403)；所述界面顶入/出夹具包括夹具底座(501)，销钉(502)和夹紧片(503)；
2.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，所述加载探针(102)的直径为3微米与50微米；对于纤维体积分数小于50％的复合材料，采用直径为3微米的加载探针进行单纤维测试，对于纤维体积分数大于50％的复合材料，采用直径为50微米的加载探针进行多纤维测试。
3.根据权利要求1所述的高通量界面剪切强度顶入/出测试仪，其特征在于，直线电机a(203)移动精度为1微米；所述光学显微镜(206)镜头上有十字标尺，标尺精度为0.01毫米；所述直线电机a(203)驱动光学显微镜(20...
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