本发明属于复合材料力学测试，具体涉及一种预浸料滑移行为的测量装置及测量方法。
背景技术：
1、预浸料是用树脂基体浸渍连续纤维或织物而制成的树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。预浸料因其具有优异的性能而被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑等领域。
2、使用连续纤维增强预浸料制备复合材料的成型工艺主要是热成型工艺。该工艺通常是将若干层预浸料叠加到一定厚度成型以满足最终复合材料构件的强度等指标要求。但是，预浸料各层之间存在剪切力，预浸料与模具和真空袋之间存在摩擦力，导致预浸料层间滑移受阻，进而形成纤维褶皱等缺陷，最终影响复合材料构件的外观与力学性能。因此，需要研究在热成型过程中预浸料滑移行为，包括摩擦力与剪切力的准确测定，这对于高性能复合材料的成型制造具有重要指导意义。
3、现有技术在预浸料滑移行为测量方面存在两大不足：一是温度均匀性难以保证，二是无法准确测量不同取向预浸料单向带的滑移行为。这些不足严重限制了现有技术的适用范围和测量精度。温度均匀性在预浸料滑移行为测试中的极端重要性。由于预浸料，特别是热塑性复合材料预浸料，在高温环境下具有显著的粘度及流动特性变化，温度的不均匀性会直接导致测试结果的偏差，影响层间剪切力测定的准确性。然而，现有的测试装置往往难以在动态测量过程中确保预浸料的温度均匀性，特别是对于测试条件必要高温的热塑性复合材料，这一挑战尤为突出。预浸料单向带的不同取向（如非0°方向）在测试过程中极易发生开裂，这不仅限制了测试的适用范围，也降低了测量结果的可靠性。现有的测量装置大多仅适用于0°单向带预浸料，对于其他取向的预浸料单向带则显得力不从心，无法准确或根本无法完成测量。
4、例如，cn116026756a公开了一种预浸料成型工艺中滑移特性的测量装置和模型建立方法，该测量装置的中间板上端和基座夹持端分别固定在万能拉力试验机上下夹头中，通过弹簧杆上的弹簧对压板、预浸料固定板和中间板施加法向压力作用，压紧板a和压紧板b分别固定在中间板和预浸料固定板上，通过中间板与预浸料固定板上所固定材料之间相对滑动来测量其间的滑移特性。然而，这种测量装置的滑动预浸料是拉过型（pull-through型），滑动预浸料的温度不恒定，进而影响剪切力的测试；使用烘箱加热，不适用热塑性复合材料预浸料；仅适用于0°预浸料单向带。
5、又例如，cn116106215a公开了一种预浸料夹持机构、滑移测量装置和方法，包括支撑架、夹持模块、加压模块、加热模块，夹持模块包括两个夹持组件，夹持组件包括加力座、压框、连接于压框与加力座之间的弹性预紧部件；压框设有与支撑架抵触的松开抵触部，以使两个加力座相互远离时压框克服预紧弹力而远离加力座，在弹性预紧部件的预紧弹力作用下，通过加压模块带动两个加力座相互靠近和远离来实现压框对预浸料或真空袋膜的放置和预压，以及通过凸台与压框的顶出配合，使预浸料或真空袋膜可展平开，以满足预浸料与模具钢或真空袋间的滑移行为测试。然而，其通过烘箱对滑动预浸料预热，滑动预浸料的中间段未做保温，导致滑动预浸料的中间段的热量损失严重，使滑动预浸料的保温不均匀，进而影响滑移行为的测试结果准确性；试验机直接通过压力夹持滑动预浸料，但静止预浸料未做固定，滑动预浸料未做辅助夹持机构，可能会导致90°等非0°取向预浸料单向带的开裂。
6、因此，亟需开发一种新型的预浸料滑移行为测量装置及测量方法，该装置需具备在高温条件下保持预浸料温度均匀性的能力，并能适应不同取向预浸料单向带的测量需求，从而提高测量的准确性和可靠性，满足复合材料制造领域对高性能预浸料测试的迫切需求。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种预浸料滑移行为的测量装置及测量方法。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种预浸料滑移行为的测量装置，包括支撑模块、左静止预浸料固定加热模块、右静止预浸料固定加热模块、滑移预浸料固定加热模块、加压系统和控温系统；
4、支撑模块包括底板、前隔热条、后隔热条、凸起a、凸起b，前隔热条和后隔热条起到隔热作用，防止热量散失，保持预浸料在试验过程中的温度稳定；
5、左静止预浸料固定加热模块包括左加热板、左前压块、左后压块、左上压块；
6、右静止预浸料固定加热模块包括右加热板、右前压块、右后压块、右上压块；
7、滑移预浸料固定加热模块包括中加热板、中前压块和中上压块；
8、底板水平布置；左加热板和右加热板竖直布置在底板的上方，二者平行于前后方向且沿左右方向间距排列，左加热板位于右加热板的左侧；
9、左前压块、前隔热条、右前压块竖直布置，沿左右方向依次排列，三者由凸起a支撑且与凸起a一起位于左加热板与右加热板的前端之间，三者沿左右方向的宽度之和以及凸起a沿左右方向的宽度均小于左加热板与右加热板的间距，凸起a沿左右方向的宽度越接近左加热板与右加热板的间距保温效果越好；
10、左前压块与左加热板可拆卸连接，前隔热条与凸起a固定连接，凸起a与底板固定连接，右前压块与右加热板可拆卸连接，左上压块位于左加热板的上方且与其可拆卸连接；
11、左后压块、后隔热条、右后压块竖直布置，沿左右方向依次排列，三者由凸起b支撑且与凸起b一起位于左加热板与右加热板的后端之间，三者沿左右方向的宽度之和以及凸起b沿左右方向的宽度均小于左加热板与右加热板的间距，凸起b沿左右方向的宽度越接近左加热板与右加热板的间距保温效果越好；
12、左后压块与左加热板可拆卸连接，后隔热条与凸起b固定连接，凸起b与底板固定连接，右后压块与右加热板可拆卸连接，右上压块位于右加热板的上方且与其可拆卸连接；
13、中加热板竖直布置且平行于前后方向，中加热板沿左右方向的宽度等于左加热板与右加热板的间距，中前压块竖直布置在中加热板的前方且与其可拆卸连接，中上压块水平布置在中加热板的上方、与其可拆卸连接且平行于前后方向；
14、底板、左加热板、右加热板、凸起a、凸起b、左前压块、前隔热条、右前压块、左后压块、后隔热条、右后压块共同围成供中加热板和中前压块插入的空腔，该空腔作为半封闭结构，能够使试验过程中预浸料的温度稳定；
15、加压系统用于向预浸料施加压力；
16、左加热板、右加热板和中加热板均与控温系统连接。
17、本发明的预浸料滑移行为的测量装置需配合拉力机使用，工作原理如下：
18、根据所需的预浸料层间压强的大小确定施加的压力，施加的压力可以通过公式（1）换算；
19、 (1)；
20、式中，s表示滑移预浸料与单侧静止预浸料之间的实际接触面积，单位为m2，p表示所需的预浸料层间压强，单位为mpa；
21、当拉动滑移预浸料开始滑动时，摩擦力或剪切力可以通过式（2）获得，摩擦系数可以通过式（3）获得；
22、 (2)；
23、 (3)；
24、式中，为拉力机传感器测得的力，单位为n；
25、层间剪切应力可以通过式（4）获得；
26、 （4）。
27、作为优选的技术方案：
28、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，左加热板、右加热板、中加热板均为矩形板；左加热板、右加热板的厚度均匀；中加热板的左侧面的中间区域为矩形竖直面，中间区域的上下左右区域均为斜面且中间区域位于这些区域的左侧；右侧面的中间区域为矩形竖直面，中间区域的上下左右区域均为斜面且中间区域位于这些区域的右侧，斜面能够帮助预浸料的夹持与固定，在试验过程中避免褶皱或开裂；
29、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，左前压块、左后压块、左上压块、右前压块、右后压块、右上压块、中前压块、中上压块、前隔热条、后隔热条均为长方体结构；左前压块、前隔热条、右前压块沿竖直方向的长度相同；左后压块、后隔热条、右后压块沿竖直方向的长度相同。
30、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，凸起a和凸起b为同一个凸起，该凸起为长方体结构。
31、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置， 滑移预浸料固定加热模块还包括连接杆，连接杆竖直布置在中上压块的上方且与其可拆卸连接，连接杆的顶端设有用于与拉力机连接的通孔。
32、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，支撑模块还包括支撑板、导柱和固定板；支撑板和固定板均竖直布置、平行于前后方向且与底板固定连接；支撑板位于右加热板的右侧且与其接触，固定板位于左加热板的左侧且与其间隔；导柱水平布置且平行于左右方向，导柱自左至右依次穿过固定板、左加热板与右加热板固定连接。
33、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，固定板、左加热板、右加热板均为矩形板，导柱的数量为4，分别穿过固定板的四个角、左加热板的四个角与右加热板的四个角固定连接。
34、如上所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，加压系统包括侧向加压模块和压力传感器；侧向加压模块包括气缸，侧向加压模块安装在固定板的左侧，固定板上设有供气缸穿过的通孔，压力传感器安装在左加热板的左侧且位于气缸的运行路径上，通过侧向加压模块对左加热板施加压力，读取压力传感器传回的压力，从而精确达到预浸料层间的预设压力，保证试验精度。
35、本发明还提供了采用如上任一项所述的一种预浸料滑移行为的测量装置的一种预浸料层间滑移行为的测量方法，预浸料的数量为3，预浸料沿长度方向的两端记为a端和b端，另外两端记为c端和d端；
36、预浸料中的纤维与预浸料的长度方向呈0°、+45°或-45°夹角，具体步骤如下：
37、（a）将1块预浸料的a端夹持在左上压块与左加热板之间，该预浸料自然下垂与左加热板的右侧面贴合；
38、将1块预浸料的a端夹持在右上压块与右加热板之间，该预浸料自然下垂与右加热板的左侧面贴合；
39、将1块预浸料的a端和b端同时夹持在中上压块与中加热板之间，该预浸料同时与中加热板的左侧面和右侧面贴合，能够提供张力，保证拉力稳定，避免褶皱，防止预浸料在试验过程中开裂，提高试验结果精确度；
40、（b）将中加热板和中前压块插入由底板、左加热板、右加热板、凸起a、凸起b、左前压块、前隔热条、右前压块、左后压块、后隔热条、右后压块共同围成的空腔内；
41、（c）向所有的预浸料施加压力至设定值，同时将所有的预浸料加热至设定值；
42、（d）向上拉动中加热板，获取层间剪切力-位移曲线以及层间剪切应力-位移曲线；
43、或者，预浸料中的纤维与预浸料的长度方向呈90°夹角，具体步骤如下：
44、（ⅰ）将1块预浸料的c端夹持在左前压块与左加热板之间，d端夹持在左后压块与左加热板之间，能够提供张力，保证拉力稳定，避免褶皱；
45、将1块预浸料的c端夹持在右前压块与右加热板之间，d端夹持在右后压块与右加热板之间，能够提供张力，保证拉力稳定，避免褶皱；
46、将1块预浸料的c端和d端同时夹持在中前压块与中加热板之间，该预浸料同时与中加热板的左侧面和右侧面贴合，能够提供张力，保证拉力稳定，避免褶皱，防止预浸料在试验过程中开裂，提高试验结果精确度；
47、（ⅱ）将中加热板和中前压块插入由底板、左加热板、右加热板、凸起a、凸起b、左前压块、前隔热条、右前压块、左后压块、后隔热条、右后压块共同围成的空腔内；
48、（ⅲ）向所有的预浸料施加压力至设定值，压力可以为0-2000n，压强可以为5-300kpa，同时将所有的预浸料加热至设定值，加热温度区间可以设定为0-400℃；
49、（ⅳ）通过拉力机按照预设滑移速率（滑移速率可以为0-200mm/min）向上拉动中加热板，获取层间剪切力-位移曲线以及层间剪切应力-位移曲线；
50、将预浸料替换为真空袋或模具薄片，同样能够提供张力，保证拉力稳定和试样平整，也可以获取摩擦力-位移曲线以及层间剪切应力-位移曲线。
51、有益效果：
52、（1）本发明使用加热板，边缘与中心的温差小，能够使预浸料的温度保持均匀，并且最高可加热到400℃，适用于高温热塑试验；
53、（2）本发明的滑移预浸料固定加热模块设置有中前压块和中上压块，能固定不同向的预浸料，不会导致预浸料的开裂和褶皱，适用于不同取向预浸料单向带（预浸料中的纤维与预浸料的长度方向呈0°、90°、+45°、-45°等夹角）的测量；
54、（3）本发明通过底板、隔热条、左静止预浸料固定加热模块、右静止预浸料固定加热模块形成半封闭体系，保温效果好，使静止预浸料和滑移预浸料的温度保持稳定，确保试验测量的准确性；
55、（4）本发明通过加压系统，例如气缸与压力传感器的配合，使加压更精确，而且静止预浸料和滑移预浸料的实际接触面积为定值，使压强恒定，确保试验测量的准确性；
56、（5）本发明的部件可拆卸，体积小，安装和搬运方便；
57、（6）本发明不仅适用于测量预浸料的滑移，也可用于测量预浸料与模具以及真空袋之间的滑移。
1.一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，包括支撑模块（1）、左静止预浸料固定加热模块（4）、右静止预浸料固定加热模块（2）、滑移预浸料固定加热模块（3）、加压系统（5）和控温系统；
2.根据权利要求1所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，左加热板（41）、右加热板（21）、中加热板（31）均为矩形板；左加热板（41）、右加热板（21）的厚度均匀；中加热板（31）的左侧面的中间区域为矩形竖直面，中间区域的上下左右区域均为斜面且中间区域位于这些区域的左侧；右侧面的中间区域为矩形竖直面，中间区域的上下左右区域均为斜面且中间区域位于这些区域的右侧。
3.根据权利要求1所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，左前压块（42）、左后压块（44）、左上压块（43）、右前压块（22）、右后压块（24）、右上压块（23）、中前压块（32）、中上压块（33）、前隔热条（12）、后隔热条（17）均为长方体结构；左前压块（42）、前隔热条（12）、右前压块（22）沿竖直方向的长度相同；左后压块（44）、后隔热条（17）、右后压块（24）沿竖直方向的长度相同。
4.根据权利要求1所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，凸起a（16）和凸起b为同一个凸起，该凸起为长方体结构。
5.根据权利要求1所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，滑移预浸料固定加热模块（3）还包括连接杆（34），连接杆（34）竖直布置在中上压块（33）的上方且与其可拆卸连接，连接杆（34）的顶端设有用于与拉力机连接的通孔。
6.根据权利要求1所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，支撑模块（1）还包括支撑板（13）、导柱（14）和固定板（15）；支撑板（13）和固定板（15）均竖直布置、平行于前后方向且与底板（11）固定连接；支撑板（13）位于右加热板（21）的右侧且与其接触，固定板（15）位于左加热板（41）的左侧且与其间隔；导柱（14）水平布置且平行于左右方向，导柱（14）自左至右依次穿过固定板（15）、左加热板（41）与右加热板（21）固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，固定板（15）、左加热板（41）、右加热板（21）均为矩形板，导柱（14）的数量为4，分别穿过固定板（15）的四个角、左加热板（41）的四个角与右加热板（21）的四个角固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种预浸料滑移行为的测量装置，其特征在于，加压系统（5）包括侧向加压模块（51）和压力传感器（52）；侧向加压模块（51）包括气缸，侧向加压模块（51）安装在固定板（15）的左侧，固定板（15）上设有供气缸穿过的通孔，压力传感器（52）安装在左加热板（41）的左侧且位于气缸的运行路径上。
9.采用如权利要求1~8任一项所述的一种预浸料滑移行为的测量装置的一种预浸料层间滑移行为的测量方法，其特征在于，预浸料的数量为3，预浸料沿长度方向的两端记为a端和b端，另外两端记为c端和d端；
