單鴻波， 徐 方， 孫志宏， 于海燕

(東華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 上海 201620)

管狀復(fù)合材料拉伸性能測試及夾具原型系統(tǒng)

單鴻波， 徐 方， 孫志宏， 于海燕

(東華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 上海 201620)

針對目前高強(qiáng)度管狀復(fù)合材料測試方法和手段不成熟的問題，提出了管狀復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的測試方法——整體拉伸法。通過對基礎(chǔ)試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，研制出了一套整體拉伸專用夾具，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了夾具的可行性和優(yōu)越性，從而突破了高強(qiáng)度管狀復(fù)合材料強(qiáng)度測試時(shí)夾持困難的瓶頸。基于VB語言在Windows環(huán)境下，開發(fā)了適用于管狀復(fù)合材料拉伸夾具設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有4個模塊分別對應(yīng)夾具的4個主要零件，能夠根據(jù)用戶需求生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，適應(yīng)各種尺寸復(fù)合材料圓管拉伸夾具的設(shè)計(jì)，具有簡單、實(shí)用、高效等特點(diǎn)。

管狀復(fù)合材料； 拉伸強(qiáng)度； 整體拉伸； 夾具； 原型系統(tǒng)

管狀復(fù)合材料是一種受力形式合理的結(jié)構(gòu)元件，封閉的管狀試件能避免板狀試件自由邊緣應(yīng)力分布不均勻的問題，廣泛應(yīng)用于航空和航天飛行器結(jié)構(gòu)[1]。為了進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，作為材料性能和安全可靠性保證的手段，試驗(yàn)技術(shù)和評價(jià)方法的研究必不可少。管狀復(fù)合材料力學(xué)性能的試驗(yàn)與評價(jià)在開發(fā)與應(yīng)用中發(fā)揮著極其重要的作用，尤其是在材料設(shè)計(jì)中[2]。

本文主要以碳纖維管狀復(fù)合材料為例，試驗(yàn)驗(yàn)證了其拉伸性能的測試方法，設(shè)計(jì)了多種試驗(yàn)方案，分別從試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、具體試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)曲線等方面進(jìn)行分析。最后，通過試驗(yàn)過程破壞機(jī)制分析及數(shù)據(jù)的對比得到較好的試驗(yàn)方法。

1 拉伸試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度性能測定是測試其在一定環(huán)境條件下受軸向力或能量作用時(shí)所表現(xiàn)出的特性。其強(qiáng)度的測定與管的設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝評價(jià)、材質(zhì)檢驗(yàn)等密切相關(guān)，測得的力學(xué)性能數(shù)據(jù)不僅取決于材料本身，還與試驗(yàn)條件有關(guān)，如取樣的部位和方向，試樣的形狀和尺寸，試驗(yàn)時(shí)的加載速度、環(huán)境介質(zhì)的成分和溫度等[3]。

目前，在民用、航天及軍事科技領(lǐng)域，碳纖維管狀復(fù)合材料由于性能的優(yōu)越性，得到越來越多的應(yīng)用，然而，尚無針對其拉伸性能測試的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外有一些相類似的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，如在美國業(yè)界和國防部廣泛采用的ASTM標(biāo)準(zhǔn)體中，有ASTMD 5450/D 5450M-93(06)《聚合物基復(fù)合材料環(huán)形纏繞圓筒橫向拉伸性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，ASTMD 7205/D 7205M-06《纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料棒的拉伸性能試驗(yàn)方法》[4]。我國有GB/T 1446—2005《纖維增強(qiáng)塑料性能實(shí)驗(yàn)方法總則》、GB/T 1447—2005《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能實(shí)驗(yàn)方法》、GB/T 5349—2005《纖維增強(qiáng)熱固性塑料管軸向拉伸性能試驗(yàn)方法》等可供參考。

參考GB/T 5349—2005，本文選取受拉試件長度為550 mm，兩端夾持段長度各為50 mm，試驗(yàn)段長度450 mm。所用管材為脆性空心管，為避免被夾具夾壞，在夾持段管內(nèi)塞入外徑為18 mm，長度為50 mm的鐵芯，在試樣的端部夾持部位包纏砂紙后再安裝在夾具上進(jìn)行拉伸。

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

試驗(yàn)所用碳纖維管狀復(fù)合材料采用T300(3K)碳纖維環(huán)氧樹脂預(yù)浸布纏繞而成，經(jīng)向密度為5根/cm，緯向密度為3根/cm，共2層，每層厚度為0.15 mm。經(jīng)固化等一系列工序最終制成圓管產(chǎn)品。其外徑為20 mm，壁厚為1 mm。碳纖維T300(3K)的性能和ST350環(huán)氧樹脂的性能[5]如表1所示。

2.2 拉伸試驗(yàn)測試

試驗(yàn)在長春科新實(shí)驗(yàn)儀器有限公司制造的WDW-100型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，最大拉伸載荷為100 kN，準(zhǔn)確度為±1，位移分辨率為0.01 mm。試驗(yàn)參照GB/T 1446—2005進(jìn)行，試驗(yàn)室環(huán)境溫度為18～23 ℃，相對濕度為65%～80%，加載速度為3 mm/min[6]采用位移連續(xù)加載方式。

表1 碳纖維與環(huán)氧樹脂性能Tab.1 Carbon fiber and epikote properties

2.3 結(jié)果及分析

試樣在試驗(yàn)機(jī)上經(jīng)拉伸直至斷裂。試樣完全被拉斷成兩段，斷口比較整齊，可以看到一絲絲緯紗及完全斷開的經(jīng)紗，試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

圖1 拉伸方案應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 1 Tensile proposal stress-strain curve

為增加試樣表面的咬合度與摩擦力，盡量減少打滑現(xiàn)象的發(fā)生，采用砂紙包纏在試樣表面。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)砂紙與試樣完全摩擦著力后，應(yīng)力曲線開始幾乎呈直線上升，此階段幾乎沒有肉眼可見的明顯變化；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到448.5 MPa 時(shí)，能聽到劇烈的崩斷聲，試樣在夾持端被拉斷，因此曲線瞬間下降。由于破壞發(fā)生在夾持段而不在工作段，因此需進(jìn)一步改進(jìn)試驗(yàn)方案[7]。

通過在管的夾持端包覆一層增阻材料，能夠較好地削弱打滑現(xiàn)象，并且避免夾具中的螺牙直接與管接觸咬合，有效地避免了試件端部過早的被夾具破壞，為進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3 拉伸專用夾具的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證

采用適當(dāng)?shù)膴A具，既要對夾持部位不產(chǎn)生破壞，又能對碳纖維管產(chǎn)生足夠的摩擦力，保證試樣被緊緊夾持，不發(fā)生打滑。目前大多數(shù)萬能試驗(yàn)機(jī)配備的夾頭為平行塊夾頭或V型夾頭，平行塊夾頭適用于板條狀的試樣拉伸，V型夾頭適用于圓形試樣的拉伸，對實(shí)心的棒狀試樣，V型夾頭的效果較好，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，但對于碳纖維管狀復(fù)合材料，通過上述實(shí)驗(yàn)方案可知，V型夾頭對試樣產(chǎn)生的剪切力較大，對試樣端部造成很大的破壞，使實(shí)驗(yàn)最終因?yàn)榇蚧鵁o法正常進(jìn)行。

數(shù)據(jù)表搭建有：機(jī)井信息表、監(jiān)控歷史記錄表、配水方案表、機(jī)井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、配水項(xiàng)目表、配水結(jié)構(gòu)表，具體關(guān)系見圖2。

3.1 拉伸專用夾具的設(shè)計(jì)

針對上述狀況，設(shè)計(jì)改進(jìn)了一套適用于碳纖維管狀復(fù)合材料的拉伸實(shí)驗(yàn)夾具，如圖2所示。其中軸1，剛性外套3，彈性開口襯套5，脹套7材料均為45鋼，屈服強(qiáng)度為355 MPa，抗拉強(qiáng)度為600 MPa。實(shí)驗(yàn)所用碳纖維管狀復(fù)合材料外徑為40 mm，內(nèi)徑為38 mm，設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度為800 MPa。

注：1—芯軸； 2—螺母； 3—剛性外套； 4—碳纖維管狀復(fù)合材料； 5—彈性開口襯套； 6—端部加強(qiáng)層； 7—瓣形脹套。圖2 管狀復(fù)合材料拉伸夾具Fig.2 Tubular composite materials tensile grip

試驗(yàn)時(shí)，由于碳纖維圓管復(fù)合材料兩端受到夾具體產(chǎn)生的巨大擠壓力，因此，夾持端屬于薄弱環(huán)節(jié)，容易發(fā)生破壞。為了避免這種現(xiàn)象，需對試樣做特殊處理，即在試樣兩端通過樹脂進(jìn)行2次復(fù)合，各增加一定長度的加強(qiáng)保護(hù)層，避免夾具與碳纖維管狀復(fù)合材料直接接觸造成破壞，同時(shí)增加夾持端的強(qiáng)度，對夾持端進(jìn)行有效保護(hù)，如圖2中的端部加強(qiáng)層。

軸1作為該套夾具中最重要的零件之一，其參數(shù)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成敗。初步估算碳纖維薄壁管可承受的最大拉力

F=σ×A

式中:σ為表示碳纖維管狀復(fù)合材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，A為試樣的橫截面積。

為了保證夾具良好的可重復(fù)使用性，該軸所承受的最大應(yīng)力不得大于45鋼的屈服強(qiáng)度σb，同時(shí)，為了保證軸的可靠性，將軸所需承受的力增大到1.2倍。因此，得到該軸的半徑

取整得到光軸的半徑R=11 mm。為了將軸1與脹套7之間初始預(yù)緊，軸的中偏前段尺寸為20～30 mm，公稱直徑為M24的螺紋，在螺紋段的前部，設(shè)計(jì)有退刀槽，寬度為3～5 mm，退刀槽前部是一個錐臺，它與脹套內(nèi)表面通過錐面配合使脹套張開，為了使脹套能夠較好地張開并且脹套與軸端部的錐臺之間不產(chǎn)生自鎖，通過對脹套和錐臺之間進(jìn)行受力分析可知，錐臺的錐角和與之配合的脹套內(nèi)部的錐面角度越小，脹套張開的效果越好越不容易發(fā)生自鎖現(xiàn)象，但錐度不宜過小，若錐度過小，在脹套產(chǎn)生相同張開量的情況下，軸與脹套之間的位移量較大，軸的行程過長，因此，夾持段長度取為50 mm，則錐角最大值為9.3°，因此在本文設(shè)計(jì)中取為7°。

瓣形脹套7作為夾具中的一個重要零件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。為使脹套易于張開，其壁厚需相對較薄，同時(shí)為了保證整個脹套前后能夠均勻張開，在脹套兩端分別開4個方槽。為了增加脹套外表面與碳纖維管內(nèi)壁之間的摩擦力，避免脹套在拉力的作用下與管內(nèi)壁發(fā)生打滑而產(chǎn)生相對位移，在脹套的外表面增加矩形螺紋，由于管的抗拉強(qiáng)度較高，每個螺牙承受的力較大，因此螺紋的牙厚不宜太小，本文牙厚為2 mm，螺距為2 mm，材料選擇45鋼。

為了避免夾持端脹破，需在夾持端管的外部增加一套彈性開口襯套和剛性外套。為了避免剛性外套與碳纖維管之間有間隙，所以增加彈性開口襯套，襯套內(nèi)表面為圓柱面，直徑與碳纖維管外徑相等，開口是為了靈活適應(yīng)管徑的尺寸誤差，從而緊緊包覆在碳纖維管外表面。襯套外表面與剛性外套內(nèi)表面均有錐度為1°的錐面，通過錐度配合使彈性開口襯套和剛性外套將碳纖維管牢固的束縛，阻止管向外脹開。

螺母2的作用是為了給軸和脹套施加預(yù)緊力，使脹套預(yù)張開一定尺寸擠壓碳纖維管，增加脹套與管的咬合力，使脹套在拉伸初始階段不易滑脫并且在軸端錐臺的作用下更容易張開。

其工作原理為：萬能試驗(yàn)機(jī)的夾頭夾住軸1，帶動軸1移動使脹套7均勻向外擴(kuò)張，擠壓碳纖維管4，碳纖維管4的外部有彈性開口襯套和剛性外套的束縛，這樣隨著軸1的移動，瓣形脹套被軸端的錐臺擠壓而向外脹開，終而使碳纖維管在內(nèi)部脹套和外部剛性外套的作用下被緊緊擠壓，提供足夠的拉力使碳纖維管被拉斷。

3.2 夾具性能的試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)所用碳纖維管狀復(fù)合材料外徑為40 mm，內(nèi)徑為38 mm，制樣方法同2.1所述，試驗(yàn)條件同2.4，試驗(yàn)設(shè)備采用上海益環(huán)儀器科技有限公司生產(chǎn)的YHS-229WJ-20T型微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)，其最大承載能力200 kN，試驗(yàn)力分辨率為最大試驗(yàn)力的±1/300 000，位移分辨率為0.02 μm。將拉伸夾具安裝在試件兩端，最后夾持在萬能試驗(yàn)機(jī)的V型夾頭上進(jìn)行緊固。啟動萬能試驗(yàn)機(jī)，直至碳纖維管狀復(fù)合材料在工作段斷裂開，得到的試驗(yàn)力與位移的曲線如圖3所示。

圖3 拉伸夾具試驗(yàn)力-位移曲線Fig.3 Tensile grips test force-displacement curve

在試驗(yàn)的前一部分時(shí)間，隨著位移的增加試驗(yàn)力產(chǎn)生波動，這是因?yàn)樵诶斓某跏茧A段，脹套外表面與碳纖維管摩擦不夠，脹套還未充分脹開，它與軸一同在管內(nèi)沿萬能試驗(yàn)機(jī)拉伸方向滑動，在滑動的同時(shí)脹套在軸端錐臺的作用下慢慢脹開，擠壓碳纖維管，脹套外表面的螺牙頂部楔入碳纖維管內(nèi)壁，于是將脹套在碳纖維管內(nèi)形成了軸向定位，它和軸不再整體滑動，而是脹套固定不動，軸在脹套內(nèi)滑動，脹套脹開效果明顯，聯(lián)合管壁外剛性外套的作用將碳纖維管拉緊進(jìn)入拉伸階段，也即橫坐標(biāo)24的位置開始，在接下來的2 mm位移內(nèi)，試驗(yàn)力幾乎呈直線急劇上升，此階段即為碳纖維管的彈性階段，而后聽到有輕微的破裂聲，碳纖維管的基體材料局部發(fā)生開裂，試驗(yàn)力繼續(xù)上升，但上升的速率略有降低，此后在橫坐標(biāo)28、29、30、31等位置由于碳纖維管基體材料繼續(xù)發(fā)生破裂產(chǎn)生振動致使曲線發(fā)生輕微波動，而后碳纖維逐漸開始被拉伸，試驗(yàn)力曲線繼續(xù)上升，直至橫坐標(biāo)近33的位置試樣發(fā)生爆炸性的破壞，纖維和樹脂完全脫離，纖維完全拉斷，碳纖維管試樣從中部斷開成2段。實(shí)驗(yàn)測得碳纖維管斷裂力為95 kN，碳纖維管的強(qiáng)度為776 MPa，與設(shè)計(jì)值800 MPa誤差僅3%。因此，該套夾具能夠較準(zhǔn)確地測出碳纖維薄壁管的拉伸強(qiáng)度[8-10]。

本文瓣形帳套7與管狀碳纖維復(fù)合材料之間滑移距離較長，是由于螺母2與芯軸1之間的初始預(yù)緊力不夠大造成的，在測試前，對螺母2施加較大的預(yù)緊力使芯軸1與瓣形帳套7更加充分地脹開，即可有效減少滑移距離，得到較好的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

3.3 拉伸夾具機(jī)械系統(tǒng)原型開發(fā)

當(dāng)復(fù)合材料管外徑不變，壁厚有0.5～1 mm的減小量時(shí)，通過增加初始預(yù)緊力，增加瓣形脹套初始脹開程度，圖2所示的夾具仍可適用。但對于直徑和壁厚變化較大的復(fù)合材料圓管，則需要重新設(shè)計(jì)新的圖紙，以加工制造一套新的夾具。由于該設(shè)計(jì)方案中各零部件已定型，當(dāng)要測試的復(fù)合材料圓管管徑型號較多時(shí)，設(shè)計(jì)人員重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量較大，降低了工作效率。同時(shí)為了使該套夾具能夠得到更好的推廣和應(yīng)用，便于更多的用戶能夠直接根據(jù)自己的復(fù)合材料管的尺寸，加工出相應(yīng)的夾具，特開發(fā)出一套拉伸夾具設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)，它能夠根據(jù)用戶的要求，生成主要零部件的設(shè)計(jì)圖紙。

采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將整個原型系統(tǒng)分為若干個子系統(tǒng)。該原型系統(tǒng)的主要包括軸的參數(shù)設(shè)計(jì)模塊、脹套參數(shù)設(shè)計(jì)模塊、彈性開口襯套參數(shù)設(shè)計(jì)模塊、剛性外套參數(shù)設(shè)計(jì)模塊。其功能模塊圖如圖4所示。

圖4 拉伸夾具原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模塊圖Fig.4 Function module of prototyping system for tensile grips

用戶參數(shù)設(shè)置主要是用戶根據(jù)測試對象的具體要求，對整套拉伸夾具的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如復(fù)合材料管的外徑、壁厚、材料的選擇、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等。該模塊位于4個子模塊的前端，其他模塊的程序運(yùn)行需調(diào)用這些參數(shù)。

Visual Basic(VB)是廣大用戶青睞的可視化程序設(shè)計(jì)語言，是在BASIC 語言基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它提供的可視化設(shè)計(jì)平臺把Windows界面設(shè)計(jì)的復(fù)雜性“封裝”起來，開發(fā)人員不必為界面的設(shè)計(jì)而編寫大量的程序代碼，只需按設(shè)計(jì)要求用系統(tǒng)提供的工具在屏幕上畫出各種對象即可。VB 采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，從應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的問題著手以直觀自然的方式描述客觀世界的實(shí)體，以其快捷方便受到很多程序設(shè)計(jì)者的青睞，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用[11]。

本文在沒有完整輸入各項(xiàng)參數(shù)前，軸、脹套、彈性開口襯套、剛性外套幾個子模塊按鈕均處于不可用的灰顯狀態(tài)，在完整輸入初始參數(shù)之后，點(diǎn)擊“生成參數(shù)”按鈕，各個模塊即可啟用，分別點(diǎn)擊各個按鈕，即可顯示子模塊的界面。本原型系統(tǒng)集成了拉伸夾具主要零件的設(shè)計(jì)功能，能夠根據(jù)用戶的需求，生成相應(yīng)的夾具設(shè)計(jì)方案，用戶可以利用該系統(tǒng)生成的圖紙直接進(jìn)行加工，操作簡單、方便、可靠性高，適于推廣應(yīng)用。

4 結(jié) 語

本文以碳纖維管狀復(fù)合材料為例，研究了管狀復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度測試方法。通過設(shè)計(jì)專用夾具，對碳纖維管狀復(fù)合材料采用整體拉伸法，較準(zhǔn)確地測得其拉伸強(qiáng)度，克服了使用常規(guī)拉伸夾具時(shí)易出現(xiàn)打滑及夾持端破壞失效等問題，夾具的制作成本較低，可重復(fù)利用，性能可靠。該種方法能夠較好地測出碳纖維管狀復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。

開發(fā)了拉伸夾具原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，便于用戶根據(jù)測試對象的要求，快速地生成相應(yīng)的拉伸夾具設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)具有操作簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，效率高的優(yōu)點(diǎn)。但也需改進(jìn)，例如界面的美化，圖紙隨參數(shù)動態(tài)變化等，后續(xù)將逐步完善。

FZXB

[1] 冼杏娟,蔣燦興. 高模玻璃纖維復(fù)合材料圓管力學(xué)性能及破壞分析[J].機(jī)械工程材料,1982(1):48-51. XIAN Xingjuan,JIANG Canxing. Mechanical properties and failure analysis of high modulus glass fiber composite tube[J].Materials for Mechanical Engineering, 1982(1):48-51.

[2] 王瑞,楊連賀,王建坤. 復(fù)合材料力學(xué)性能的試驗(yàn)評價(jià)方法及其標(biāo)準(zhǔn)化動向[J]. 玻璃鋼&復(fù)合材料，2000(4)：39-42. WANG Rui,YANG Lianhe,WANG Jiankun. Evaluation methods of composite mechanical property test and standardization[J]. Fiber Reinforced Plastics & Composites，2000(4):39-42.

[3] 徐艷華,袁新林,胡紅.機(jī)織針織復(fù)合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸性能[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011, 37(1): 42-45. XU Yanhua， YUAN Xinlin， HU Hong． Tensile properties of the co-woven-knitted structure reinforced composite[J].Journal of Donghua University: Natural Science Edition，2011，37(1) : 42-45.

[4] 韓小平, 曹效昂. 正交復(fù)合材料層板沖擊拉伸力學(xué)性能研究[J]. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 24(3) : 330- 333. HAN Xiaoping,CAO Xiaoang. Determining impact tensile properties of orthogonally anisotropic composite laminates[J].Journal of Northwestern Polytechnical University, 2006, 24(3) : 330- 333.

[5] 鐘天麟，周祝林.碳纖維復(fù)合材料圓管性能研究[C]//第十五屆全國玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集.2003：51-55. ZHONG Tianlin, ZHOU Zhulin.Study of tube properties of carbon fiber composites[C]//The Fifteenth National FRP/Composites Conference Proceedings. 2003：51-55.

[6] 徐艷華,袁新林.機(jī)織針織復(fù)合織物與多層雙軸向編織物拉伸性能對比[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2012, 33(6): 30-34. XU Yanhua, YUAN Xinlin. Comparison of tensile properties of co-woven-knitted fabric and multi-layered biaxial weft knitted fabric[J]. Journal of Textile Research, 2012, 33(6) : 30-34.

[7] 李蘇蘇，陳鳳山，劉毅.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)與分析[J]. 工業(yè)建筑, 2007, 37 (5): 69-72. LI Susu, CHEN Fengshan, LIU Yi. Experiment and analysis of long time mechanical property of carbon fiber reinforced polymer[J].Industrial Construction: 2007, 37 (5) : 69-72.

[8] XIA M，TAKAYANAGI H，KEMMOCHI K．Bending behave ior of filament-wound fiber-reinforced sandwichpipes[J]. Composite Structures, 2002，56(2)：201-210．

[9] PAMAS L, KATIREI N. Design of fiber-reinforced composite pressure vessels under various loading conditions[J]. Composite Structures. 2002(58)：83-95.

[10] FU Tao, ZHAO Junliang, XU Kewei. The designable elastic modulus of 3D fabric reinforced bio-compo-sites[J]. Materials Letters,2007, 61: 330- 333.

[11] 高榮慧,張巖,羅輝. 基于VB和ANSYS的塔式起重機(jī)臂架參數(shù)化設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程與自動化, 2008(1): 12-16. GAO Huirong,ZHANG Yan, LUO Hui. Tower Crane Boom′s Parametric Design Based on VB and ANSYS[J]. Mechanical Engineering & Automation,2008(1):12-16.

Research on testing methods of tensile strength for tubular composite materials and grip prototype system

SHAN Hongbo, XU Fang, SUN Zhihong,YU Haiyan

(CollegeofMechanicalEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

According to the immature testing methods of the current high-strength tubular composite materials, the article elucidates a method of tensile strength for tubular composite materials-the whole stretch method. Through comparative analysis on the basic experiments, the author developed a special grip for overall tensile testing, while also verifying the feasibility and superiority of the grip by experiments. Thereby breaking through the bottleneck of clamping difficulty with the high-strength tubular composite strength test. Based on VB language in Windows environment, developed a tensile grip prototype system suitable for tubular composite materials. The system has four modules corresponding the four main parts of the grip, according to user needs to generate the corresponding design parameters, it can be adapted to the design of various sizes of grip for tubular composite materials, which is simple, practical, and efficient.

tubular composite materials; tensile strength; overall tensile; grip; prototype system

0253- 9721(2013)09- 0134- 05

2012-11-15

2013-05-08

科學(xué)技術(shù)部支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAF08B03)

單鴻波(1973—)，男，副教授，博士。研究方向?yàn)橄冗M(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和方法、輕量化復(fù)合材料3D織造裝備、人因機(jī)械工程。孫志宏，通信作者，E-mail：zhsun@dhu.edu.cn。

TB 302.3

A