一種復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置，包括有材料試驗機、剪切底座、上壓塊、外套、墊環(huán)、測試件，測試件為由纏繞或布卷法成型的復合材料芯軸與芯軸外層套粘合而成，芯軸凸出于芯軸外層套；上壓塊同心置于測試件芯軸凸起一端的上方，測試件另一端架在墊環(huán)上，并使芯軸外層套架在墊環(huán)內(nèi)沿上。該實用新型設計合理、操作簡單、可在任何滿足工況條件的材料試驗機進行測試，能為復合橋塞設計工程師提供更接近真實工況的剪切強度數(shù)據(jù)，進而提高研發(fā)效率，提升研發(fā)質(zhì)量。
【專利說明】一種復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置。
【背景技術】
[0002]在油氣田封堵工藝中常使用橋塞。目前先進的橋塞都采用聚合物復合材料替代傳統(tǒng)金屬材料，以提高井下工作效率。芯軸及芯軸外層套構成橋塞的骨架，串聯(lián)起橋塞的密封組件、定位組件、丟手組件等。橋塞的芯軸及芯軸外層套均由玻纖布或玻璃纖維增強熱固性樹脂經(jīng)纏繞工藝或布卷工藝成型制作。橋塞坐封時，坐封力沿芯軸軸向作用于密封組件上實現(xiàn)橋塞的坐封和定位，該坐封力通過密封組件和丟手作用于芯軸外層套，使芯軸外層套與芯軸的粘合界面承受巨大剪切力。橋塞坐封完成后，工作狀態(tài)下承受幾十到上百MPa壓差，該壓差沿軸向作用于芯軸及外層套。因此復合材料粘合體的界面剪切力必須高于上述坐封力及工作壓差，才能保證橋塞的正常使用。
[0003]目前，用于檢測復合材料層間剪切強度的方法和標準有ASTMD2344-00短梁剪切法、ASTM C1425-05雙槽口壓縮法和GB1450-2005壓剪法。
[0004]ASTM D2344-00短梁剪切法對圓柱形層狀復合材料提供了一種剪切強度測試方法，其取樣及測試方式和夾具如圖1所示，待測樣品的取樣方式為沿著層間纏繞的方向周向切取一段規(guī)定厚度的弧面，這種測試方法簡單易行被行業(yè)廣泛使用。但是，這種方法待測樣品的受力方式與橋塞芯軸及芯軸與外層套粘合件在工作時所受軸向剪切力不一樣，材料的破壞方式和機理也不一樣。
[0005]ASTM C1425-05雙槽口壓縮法示意圖見圖2，GB1450-2005壓剪法測試示意圖見圖
3。這兩種方法均用于測試平板狀層壓復合材料剪切強度測試，兩個標準所提供的剪切測試夾具只適用于塊狀層壓復合材料。
[0006]CN202196007U公開了一種剝離強度測試裝置，包括一個框架，在所述框架的下部設置有一組固定支架，在所述框架的上部中間設置有一通孔，所述通孔中設置螺桿，所述螺桿頂部設置把手，所述螺桿底部連接拉力計，所述拉力計底部通過鋼絲繩連接粘結片，所述通孔的一段設置有螺母，所述螺桿通過螺母固定在通孔中；該實用新型方便對不同配方樣品進行剪切強度對比測試，體積小巧，成本低，容易轉移到不同位置和環(huán)境進行拉伸剪切強度測試。
[0007]CN101793649A公開了一種剪切強度測試儀及剪切強度測試方法，工程結構加固改造項目中混凝土結構淺層嵌固高強板條或表面粘貼高強板條時，檢測板條與原混凝土結構之間粘結剪切強度的專用儀器和方法。
[0008]CN200958988Y公開了一種用于測試非金屬層材層間剪切力的夾具，包括一底座及固定于底座上的至少一個滑體組件，滑體組件包括一個中心帶有方形孔的立方體，所述方形孔的一內(nèi)側壁帶有臺階，和一放置在測試時其長臂放置于臺階上的標準試樣短臂上的壓柱。用于測試壓剪法中提到的標準試樣，能有效防止其滑落，多個表樣可同時測試，能大大節(jié)約成本。[0009]CN102680330A公開了一種復合材料層間剪切性能測試方法。測試方法包括制作試件和制備測試裝置，本發(fā)明在制備試件步驟中利用常用的復合材料層壓板鋪層拼接鋪設技術，操作方便且精度高，在復合材料層壓板制造完成時即完成試件的制造，減少試件精加工環(huán)節(jié)，成本可降低70%以上，測試精度高，適合各種厚度的復合材料層壓結構。
[0010]CN102141489A公開了一種提高復合材料彎曲和層間剪切試驗效率的夾具，包括與力學性能試驗機連接的支撐裝置和安裝在支撐裝置上的調(diào)整平臺。本發(fā)明結構獨特，能夠保證試驗機壓頭中心線與支座中心線對中，便于試驗用跨距的調(diào)節(jié)和測量，便于不同尺寸支座的更換，精度聞，調(diào)節(jié)方便，能夠提聞試驗效率。
實用新型內(nèi)容
[0011]實用新型目的在于提供一種復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，特別適合預測復合橋塞的芯軸與芯軸外層套粘合體在實際工作中所能承受的界面剪切強度。
[0012]一種復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，包括有材料試驗機、上壓塊、測試件，其特征在于測試件為由纏繞工藝或布卷工藝成型的復合材料制成的芯軸、芯軸外層套，兩者粘合而成，芯軸凸出于芯軸外層套，芯軸中心有軸孔；芯軸凸出于芯軸外層套的一端上方置有上壓塊，上壓塊有一凸起，其直徑等于或略小于芯軸中心的軸孔，可插入芯軸軸孔中，用于定位測試件；測試件下方同軸置有一墊環(huán)，墊環(huán)內(nèi)徑等于或略大于芯軸外層套內(nèi)徑，墊環(huán)外徑大于芯軸外層套外徑。
[0013]最好墊環(huán)內(nèi)側與測試件接觸的一面有凹臺，凹臺的直徑略大于測試件芯軸的外徑，使芯軸外層套底面剛好搭接在凹臺上，凹臺僅支撐芯軸外層套。
[0014]本實用新型的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，最好在墊環(huán)下再增置剪切底座，墊環(huán)下方有凸起，而剪切底座相對位置有凹槽，使墊環(huán)進一步固定在剪切底座上，如墊環(huán)底部有一圈凸起，可卡在剪切底座上對應的凹槽里；還可以在剪切底座外沿再套一管狀的外套，將上壓塊、測試件、墊環(huán)所形成的工作區(qū)圈于其中，使操作更加安全可靠。
[0015]本實用新型最好上壓塊外徑大于芯軸外層套外徑。
[0016]本實用新型最好墊環(huán)的內(nèi)徑與芯軸外層套內(nèi)徑之差為0.1?1mm。
[0017]本實用新型最好墊環(huán)架起測試件的有效高度大于5_。
[0018]測試時，根據(jù)所測的位移和載荷獲得相應的曲線及數(shù)值，計算剪切強度。如無特殊要求，本實用新型的材料采用常規(guī)鋼材即可。
[0019]本實用新型可測試纏繞法及布卷法成型的圓柱形復合材料粘合界面的軸向剪切強度。
[0020]使用本實用新型，可根據(jù)橋塞的實際工作溫度和坐封時的加載速度，在材料試驗機上設定相應的實驗溫度和剪切力加載速率，以最接近實際工況的測試條件進行測試并計算剪切強度。
[0021]本實用新型特別適合預測復合橋塞的芯軸與芯軸外層套粘合體在實際工作中所能承受的界面剪切強度，該實用新型設計合理、操作簡單、可在任何滿足工況條件的材料試驗機進行測試，應用本實用新型所得的剪切強度能為橋塞設計工程師提供更接近真實工況的數(shù)據(jù)，進而提高研發(fā)效率，提升研發(fā)質(zhì)量?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術中短梁剪切層間剪切測試示意圖
[0023]圖2為現(xiàn)有技術中雙槽口層間剪切示意圖
[0024]圖3為現(xiàn)有技術中壓剪法層間剪切示意圖待測樣品側視圖、主視圖
[0025]圖4 一種應用本實用新型的復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置示意圖
[0026]圖中:1——上壓塊、2——外套、3——剪切底座、4——測試件、5——墊環(huán)、4-1——芯軸外層套、4-2——芯軸。
【具體實施方式】
[0027]實施例:
[0028]使用圖4所示的復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置，本實施例僅是本實用新型的一種實施方式，并不代表全部形式。
[0029]測試件為由纏繞工藝或布卷工藝成型的復合材料芯軸4-2與芯軸外層套4-1粘合而成，芯軸凸出于芯軸外層套。
[0030]將剪切底座3置于萬能材料試驗機的下壓臺上；將測試件4的芯軸與芯軸外層套平齊的一端同軸架在墊環(huán)5上，更具體地說芯軸外層套架在墊環(huán)內(nèi)沿凹臺上；上壓塊有一凸起，其直徑等于或略小于芯軸中心的軸孔，即凸起形狀大小與軸孔切合，可插入芯軸軸孔中，用于定位測試件。將上壓塊的凸起插入測試件4芯軸凸起一端的芯軸中心軸孔中。墊環(huán)底部中間有一圈凸起，可卡在剪切底座上對應的槽里；外套2為管狀，一端卡在剪切底座外沿，作為工作面的防護；剪切底座置于材料試驗機的下壓臺上。墊環(huán)架起測試件的有效高度最好大于5mm。所謂墊環(huán)架起測試件的有效高度即為測試件最下端至剪切底座之間的高度。
[0031]設定測試溫度及加載速率即可啟動試驗機進行測試。
[0032]根據(jù)所測載荷以及待測樣品的剪切面積，計算剪切強度。
【權利要求】
1.一種復合材料粘合界面軸向剪切強度測試裝置包括有材料試驗機、上壓塊、測試件，其特征在于測試件為由纏繞工藝或布卷工藝成型的復合材料制成的芯軸、芯軸外層套，兩者粘合而成，芯軸凸出于芯軸外層套，芯軸中心有軸孔；芯軸凸出于芯軸外層套的一端上方置有上壓塊，上壓塊有一凸起可插入軸孔中用于定位；測試件下方同軸置有一墊環(huán)，墊環(huán)內(nèi)徑等于或略大于芯軸外層套內(nèi)徑，墊環(huán)外徑大于芯軸外層套外徑。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于墊環(huán)內(nèi)側與測試件接觸的一面有凹臺，僅支撐芯軸外層套。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于在墊環(huán)下有剪切底座，墊環(huán)下方有凸起，而剪切底座相對位置有凹槽，使墊環(huán)進一步固定在剪切底座上。
4.根據(jù)權利要求3所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于墊環(huán)底部有一圈凸起，可卡在剪切底座上對應的凹槽里。
5.根據(jù)權利要求3所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于在剪切底座外沿再套一管狀的外套，將上壓塊、測試件、墊環(huán)所形成的工作區(qū)圈于其中。
6.根據(jù)權利要求1所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于上壓塊外徑大于芯軸外層套外徑。
7.根據(jù)權利要求1所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于墊環(huán)的內(nèi)徑與芯軸外層套內(nèi)徑之差為0.1?1mm。
8.根據(jù)權利要求1所述的復合材料粘合界面剪切強度測試裝置，其特征在于墊環(huán)架起測試件的有效高度大于5_。
【文檔編號】G01N19/04GK203396688SQ201320430393
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權日:2013年7月19日
【發(fā)明者】徐春燕, 張麗洋, 李明晏, 張平, 周雷, 趙華源, 張磊, 王婷 申請人:中國石油天然氣股份有限公司