1.本发明总体涉及高低温下测量材料力学性能技术领域，具体涉及一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统和方法。
背景技术：2.在航天领域，为了降低发射成本，减轻质量和增加使用寿命是一个有效的方法，目前金属材料仍然是航天结构材料的主要部分，不过综合考虑材料的比刚度、比强度、耐高温性能以及加工制作成本等因素，热塑性复合材料的应用前景广阔，是当今航天新材料研究发展的重点。
3.热塑性复合材料具有较强的温度依赖性，且热塑性复合材料的弹性模量与泊松比存在拉压异性，为准确表征这种拉压异性材料的力学性能，不仅仅需要得到拉伸时的力学参数，还需要得到压缩时的力学参数。建立能得到在高低温下压缩力学性能参数的一套测量系统具有重大意义。
4.通常测定力学参数有三种方法：静力学法，波传播法和动力学法(也叫共振法)。静力学法根据应力—应变曲线的斜率来计算弹性模量。在高温下，应力发生松弛的特性而很难把握，且应变片的使用温度较低，限制了高温环境下使用；波传播法由于必须使用的压电换能器的特性，不易在高温下使用；动力学方法基本原理是根据固体的振动与弹性有密切关系，通过共振频率来确定弹性模量，其中动态热机械分析(dma)已被广泛应用于热塑性工程塑料的力学特性，然而，dma只能在很小的应变范围进行加载，难以测量非线性粘弹性响应和屈服行为随温度和应变率的变化情况。
5.而加热方式有三种：感应加热，通电加热和热辐射式加热，其中感应加热是将试样放置线圈中间，通以高频电流，对试样进行加温，通电加热是在试样直接通以电流实现加热过程，这两种方法无法实现低温环境下的温度控制，为实现高低温下不同温度需求，本次试验方法采用的是辐射式加热。
技术实现要素：6.基于以上测量技术不足，本发明采用光测力学新技术，目的在于能准确测量出热塑性复合材料在高低温下压缩力学性能，针对热塑性复合材料平板测试提供一套完整的压缩测量装置，实现热塑性复合材料在-80℃～200℃温度下压缩力学性能的测试，解决了高低温下测量热塑性复合材料压缩应变测试困难的问题。
7.本发明的技术方案是，一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，所述系统用于测量厚度在0.5-3mm且在厚度方向为矩形截面的热塑性复合材料平板；所述系统包括压缩力控制子系统、试样约束装置、高低温环境箱、数据测量子系统；所述压缩力控制子系统包括压缩力导向装置；所述数据测量子系统包括力学试验机和图像采集设备；所述试样约束装置从待测复合材料平板的厚度方向对其进行夹持和约束；所述压缩力导向装置一端连接在待测复合材料平板的长度方向上，另一端与力学试验机的连接，用于为待测复合材
料平板从长度方向传导轴向压缩力；所述力学试验机提供压缩力；所述图像采集设备用于采集力学试验机的测试数据和待测复合材料平板的变形状态；所述高低温环境箱用于提供测试温度环境，其温度范围为：-80℃～200℃。
8.进一步的，上述试样约束装置为金属构件，包括螺母、连接块、第二夹持块和第一夹持块、约束条；所述第一夹持块和第二夹持块的外形尺寸相同，二者在叠合时叠合部形成对待测复合材料平板的厚度方向的约束和夹持夹持；所述第一夹持块和第二夹持块的长度小于待测复合材料平板的长度，以使待测复合材料平板露出的部分承受压缩力；所述连接块供紧固螺母穿过以对第二夹持块表面施加压力，以夹持和约束待测复合材料平板；所述约束条包括尺寸相同的两个扁u型，扁u型口部的一条边卡接在连接块上，另一条边卡接在第一夹持块上，并与连接块和第一夹持块分别通过螺钉连接，以从两侧对连接块、第二夹持块和第一夹持块进行约束。
9.进一步的，上述螺母包括小螺母和大螺母；所述大螺母穿过在第二夹持块长度中心对应的连接块上；所述小螺母在大螺母两侧对称设置一组或两组；所述小螺母与第二夹持块的连接处设置有圆柱；第二夹持块表面设置有第一凹槽以固定圆柱，所述圆柱与小螺母的连接面设置有第二凹槽以连接小螺母；所述小螺母与圆柱之间有压弹片，压弹片在小螺母与圆柱连接处有孔供小螺母穿过；所述大螺母与压弹片连接，大螺母施加在压弹片上的压紧力通过圆柱作用在第二夹持块上；所述连接块为空心结构，以保证试样约束装置的重心在第一夹持块和第二夹持块之间。
10.进一步的，上述压缩力导向装置为金属构件，包括压力传导杆和两侧开放的试样约束装置容纳腔，所述试样约束装置以待测复合材料平板长度方向中心与压力传导杆轴向重合的方式置于所述试样约束装置容纳腔内；所述压力传导杆从外部伸入所述试样约束装置容纳腔，外侧端连接力学试验机，内侧端连接从第一夹持块和第二夹持块叠合部露出来的待测复合材料平板的顶端。
11.进一步的，上述压缩力控制子系统还包括换向装置，所述换向装置设置在力学试验机和压缩力导向装置之间，用于当所述力学试验机为拉伸力学试验机时，将拉伸力转换为压缩所述压缩力导向装置的力。
12.进一步的，上述力学换向装置为金属材质，包括结构相同的第一方框件和第二方框件；所述第一方框件包括上表面、下表面、左连接杆和右连接杆：左连接杆分别连接上表面和下表面的左侧，右连接杆分别连接上表面和下表面的左侧；所述第二方框件的下表面通过两侧的通孔经第一方框件的左连接杆和第一方框件的右连接杆连接在第一方框件的上表面和第一梯形的下表面之间，所述第二方框件的左连接杆和右连接杆穿过第一方框件上表面的通孔与第二方框件的上表面连接，以实现第一方框件和第二方框件的相向运动和反向运动；当所述力学试验机为拉伸力学试验机时，所述压缩力导向装置的压力传导杆的外侧端连接在第一方框件上表面中心下侧；所述第二方框件的上表面与所述拉伸力学试验机的固定端连接，所述第一方框件的下表面与所述拉伸力学试验机的拉伸端相连接，通过第一方框件的动作使压缩力导向装置在第一方框件的上表面和第二方框件的下表面之间被压缩对待测复合材料平板产生压缩力。
13.进一步的，上述数据测量子系统还包括第一计算机，第一计算机与力学试验机相连接，用于记录待测复合材料平板受力状态；所述图像采集设备还包括第二计算机、高速相
机和光源；所述第二计算机与高速相机相连接，所述高速相机聚焦于第一夹持块和第二夹持块叠合部露出来的待测复合材料平板凸耳；所述光源用于为所述高速相机提供采集环境。
14.本发明同时提供了一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的方法，利用上述测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统：在待测复合材料平板厚度方向两侧固定间距设置凸耳，然后置于在试样约束装置中，待测复合材料平板长度方向露出试样约束装置的一端顶部与压缩力导向装置连接，压缩力导向装置另一端与力学试验机连接，高低温环境箱与力学试验机连接的待测复合材料平板和部件相通，为其提供温度环境，通过力学试验机对压缩力导向装置施加压缩力，从而压缩待测复合材料平板，同步通过图像采集设备对待测复合材料平板进行图像采集，进行数据处理后获得复合材料压缩力学性能数据。
15.进一步的，本发明的方法包括以下步骤：
16.s1、对无应力无变形的待测复合材料平板凸耳处进行染色和划痕处理，染色采用与待测复合材料平板反差大的颜色进行，将染色划痕后的待测复合材料平板在常温下干燥5分钟左右，用毛刷检查试验件不掉色即可；
17.s2、用螺旋测微仪测量待测复合材料平板测量工作段上中下3处宽度和厚度，然后测量待测复合材料平板两侧的两凸耳之间纵向距离，对测量的多次取平均值，并记录数据；
18.s3、将待测复合材料平板安装在试样约束装置中，把螺母拧到稳定夹持待测复合材料平板的程度；将试样约束装置放置在压缩力导向装置中，进一步组装在换向装置中，关闭力学试验机的窗口；
19.s4、在高低温环境箱设置试验所需温度，达到设定温度时，继续保温15～30min，预热试样件到设定温度后，高低温环境箱显示温度稳定后温度波动不超过
±
0.3℃；
20.s5、在第一计算机中控制力学试验机，将力学试验机中的测力传感器清零，采用位移加载，加载速度为1mm/min，对待测样件进行预加载，当加载力为50n左右时，保持加载力不变，以保证待测样件与试样约束装置紧密接触；
21.s6、在第二计算机中控制高速相机，打开光源，通过调整三脚架，让高速摄像机的拍摄角度、焦距达到合适的位置，使能拍摄到明亮、清晰的图像时，调整完毕；
22.s7、高低温环境箱保温结束后，在第一计算机、第二计算机上，同时启动对力学试验机与高速相机，保证应力、应变的变化同时进行，直至试验结束，保存力学试验机数据和高速相机拍摄图像数据；
23.s8、试验结束后，关闭电源，等待高低温环境箱恢复常温即可取出试样；
24.s9：数据处理，将高速相机拍摄得到的图像按时间顺序均分得到数张图像，即隔个1秒左右得到一张照片，对取得的照片进行图像处理得到变形信息，对待测复合材料平板染色部分的标记点，即凸耳中的十字星处进行一个像素级别的坐标定位，进一步得出每张图像横纵向变形量；
25.s10、基于力学试验机与高速相机是同时启动的，根据高速相机拍摄的帧率算出每一张图像的时间，根据力学试验机的数据得出每一张图像变形时所受应力，处理图像变形信息，按照国标gb/t3856-2005中的计算方法，计算得出压缩弹性模量、压缩泊松比、压缩强度，根据热塑性复合材料实验标准，每组试样数量不少于5个，进行五次实验得到的力学参数并取均值即是最终的热塑性复合材料参数。
26.进一步的，上述步骤s3所述待测复合材料平板与第一夹持块和第二夹持块接触的表面分别粘贴四氟乙烯薄膜，以减少接触面摩擦力并保持摩擦力恒定；上述步骤s4中，高低温环境箱的温度设置范围为：-80℃～200℃。
27.本发明相比现有技术的先进性在于：
28.1)本发明系统提供了一种既能从复合材料平板的厚度方向对其进行弹性约束和夹持，又能从复合材料平板的长度方向接收压缩力的试样约束装置：试样约束装置的大螺母将作用力施加在压弹片上，压弹片将力均匀转移至圆柱上，使第二夹持块受到弹性压缩，对复合材料平板从厚度方向进行夹持，当复合材料平板在长度方向受到压缩导致厚度方向的微小形变时，微小形变的反作用力挤压第二夹持块，最终通过压弹片的回弹实现试样约束装置的有效夹持和复合材料平板的微小形变合理兼容；
29.2)本发明系统提供了一种换向装置，使来自不同方向的力均能经换向装置转化后形成对复合材料平板的压缩力，提高了系统适应性；
30.3)本发明方法在现有相关标准的基础上进行合理调整和改进，提供了将力学试验机数据与试样变形图像信息结合的力学性能测试方法，该方法可应用于高低温下对复合材料参数的测量。
附图说明
31.从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
32.图1为本发明实施例中的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统的整体结构示意图；
33.图2为本发明实施例中的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统的试样约束装置的结构示意图；
34.图3为本发明实施例中压缩力导向装置的结构示意图；
35.图4为本发明实施例中换向装置的结构示意图；
36.图5为本发明实施例中装载待测复合材料平板的试样约束装置与压缩力导向装置、换向装置连接后的结构示意图，即图1中标号13所示虚线内装置的结构示意图；
37.图6为图5中虚线部分中的正面放大图；
38.图7为图5中虚线部分中的侧面放大图，其中(a)为远离螺母的方向，(b)为靠近螺母的方向。
具体实施方式
39.为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
40.实施例1
41.一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，所述系统用于测量厚度在0.5-3mm且在厚度方向为矩形截面的热塑性复合材料平板；其结构如图1所示，总体结构和各部分连接关系如下：
42.所述系统包括压缩力控制子系统、试样约束装置、高低温环境箱12、数据测量子系
统；所述压缩力控制子系统包括压缩力导向装置；所述数据测量子系统包括力学试验机11和图像采集设备；所述试样约束装置从待测复合材料平板的厚度方向对其进行夹持和约束；所述压缩力导向装置一端连接在待测复合材料平板的长度方向上，另一端与力学试验机11的连接，用于为待测复合材料平板从长度方向传导轴向压缩力；所述力学试验机11提供压缩力；所述图像采集设备用于采集待测复合材料平板的变形状态；考虑对高低温环境的实现，加温方式采用辐射加温，所述高低温环境箱12用于提供测试温度环境，控温范围为-80℃～+200℃，温度波动度为
±
0.3℃，为实验提供一个稳态的温度场。
43.为了更好地为了约束试样，优选对试样约束装置进行如下设计，其结构如图2所示，试样约束装置为金属构件，包括螺母、连接块3、第二夹持块7和第一夹持块8、约束条4；所述第一夹持块8和第二夹持块7的外形尺寸相同，二者在叠合时叠合部形成对待测复合材料平板的厚度方向的约束和夹持夹持；所述第一夹持块8和第二夹持块7的长度小于待测复合材料平板的长度，以使待测复合材料平板露出的部分承受压缩力；所述连接块3供紧固螺母穿过以对第二夹持块7表面施加压力，以夹持和约束待测复合材料平板；所述约束条4包括尺寸相同的两个扁u型，扁u型口部的一条边卡接在连接块3上，另一条边卡接在第一夹持块8上，并与连接块3和第一夹持块8分别通过螺钉连接，以从两侧对连接块3、第二夹持块7和第一夹持块8进行约束。
44.更优选地，所述螺母包括小螺母1和大螺母2；所述大螺母2穿过在第二夹持块7长度中心对应的连接块3上；所述小螺母1在大螺母2两侧对称设置一组或两组；所述小螺母1与第二夹持块7的连接处设置有圆柱6；第二夹持块7表面设置有第一凹槽以固定圆柱6，所述圆柱6与小螺母1的连接面设置有第二凹槽以连接小螺母1；所述小螺母1与圆柱6之间有压弹片5，压弹片5在小螺母1与圆柱6连接处有孔供小螺母1穿过；所述大螺母2与压弹片5连接，大螺母2施加在压弹片5上的压紧力通过圆柱6作用在第二夹持块7上；所述连接块3为空心结构，以保证试样约束装置的重心在第一夹持块8和第二夹持块7之间。
45.试样约束装置对热塑性复合材料进行夹紧约束，在热塑性复合材料两侧放置聚四氟乙烯薄膜，以减少两个夹持块对试样的摩擦力并保持摩擦力恒定。
46.压缩力导向装置的结构如图3所示，其为金属构件，包括压力传导杆和两侧开放的试样约束装置容纳腔，所述试样约束装置以待测复合材料平板长度方向中心与压力传导杆轴向重合的方式置于所述试样约束装置容纳腔内；所述压力传导杆从外部伸入所述试样约束装置容纳腔，外侧端连接力学试验机11，内侧端连接从第一夹持块8和第二夹持块7叠合部露出来的待测复合材料平板的顶端。
47.为了提升装置对力学试验机11的适应性，本发明的压缩力控制子系统还包括换向装置，其结构如图4所示，所述换向装置设置在力学试验机11和压缩力导向装置之间，用于当所述力学试验机11为拉伸力学试验机11时，将拉伸力转换为压缩所述压缩力导向装置的力。具体地，力学换向装置为金属材质，包括结构相同的第一方框件和第二方框件；所述第一方框件包括上表面、下表面、左连接杆和右连接杆：左连接杆分别连接上表面和下表面的左侧，右连接杆分别连接上表面和下表面的左侧；所述第二方框件的下表面通过两侧的通孔经第一方框件的左连接杆和第一方框件的右连接杆连接在第一方框件的上表面和第一梯形的下表面之间，所述第二方框件的左连接杆和右连接杆穿过第一方框件上表面的通孔与第二方框件的上表面连接，以实现第一方框件和第二方框件的相向运动和反向运动；当
所述力学试验机11为拉伸力学试验机11时，所述压缩力导向装置的压力传导杆的外侧端连接在第一方框件上表面中心下侧；所述第二方框件的上表面与所述拉伸力学试验机11的固定端连接，所述第一方框件的下表面与所述拉伸力学试验机11的拉伸端相连接，通过第一方框件的动作使压缩力导向装置在第一方框件的上表面和第二方框件的下表面之间被压缩对待测复合材料平板产生压缩力。
48.优选地，数据测量子系统还包括第一计算机14，第一计算机14与力学试验机11相连接；所述图像采集设备还包括第二计算机15、高速相机10和光源9：所述；所述第二计算机15与高速相机10相连接，所述高速相机10聚焦于第一夹持块8和第二夹持块7叠合部露出来的待测复合材料平板凸耳处；所述光源9用于为所述高速相机提供采集环境。
49.装载待测复合材料平板的试样约束装置与压缩力导向装置、换向装置连接后的形成的整体结构构成测量系统的核心部分，其示意图如图5-7所示。
50.实验前需要对热塑性复合材料的凸耳进行染色划痕，染色划痕目的是便于后期图像处理工作，本次实验试样件为黑色，采用修正液直接染色，染色后采用刮胡刀对其轻轻划痕一个十字星，刮胡刀易购买且刀刃划痕很细，划痕在放大后占1～3个像素格，这样染色划痕后灰度梯度明显，后期图像处理方便简洁。
51.为了得到变形量，在图像处理时，可以使用image j等图像处理软件，本次实验采用image j进行图像处理，图像放大后可以对十字星处灰度明显的像素点进行标记，根据标记的灰度值定位标记点，得到每张图像标记点的坐标信息，进一步计算得出压缩过程中变形量随时间的变化，根据力学试验机的数据，可以得到压缩过程中应力随时间的变化，两者结合可以得到应力与变形量的关系，进一步计算可以得到模量、泊松比、强度等力学材料参数。
52.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，其特征在于，所述系统用于测量厚度在0.5-3mm且在厚度方向为矩形截面的热塑性复合材料平板；所述系统包括压缩力控制子系统、试样约束装置、高低温环境箱(12)、数据测量子系统；所述压缩力控制子系统包括压缩力导向装置；所述数据测量子系统包括力学试验机(11)和图像采集设备；所述试样约束装置从待测复合材料平板的厚度方向对其进行夹持和约束；所述压缩力导向装置一端连接在待测复合材料平板的长度方向上，另一端与力学试验机(11)的连接，用于为待测复合材料平板从长度方向传导轴向压缩力；所述力学试验机(11)提供压缩力；所述图像采集设备用于采集待测复合材料平板的变形状态；所述高低温环境箱(12)用于提供测试温度环境，其温度范围为：-80℃～200℃。2.如权利要求1所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，其特征在于，所述试样约束装置为金属构件，包括螺母、连接块(3)、第二夹持块(7)和第一夹持块(8)、约束条(4)；所述第一夹持块(8)和第二夹持块(7)的外形尺寸相同，二者在叠合时叠合部形成对待测复合材料平板的厚度方向的约束和夹持；所述第一夹持块(8)和第二夹持块(7)的长度小于待测复合材料平板的长度，以使待测复合材料平板露出的部分承受压缩力；所述连接块(3)供紧固螺母穿过以对第二夹持块(7)表面施加压力，以夹持和约束待测复合材料平板；所述约束条(4)包括尺寸相同的两个扁u型，扁u型口部的一条边卡接在连接块(3)上，另一条边卡接在第一夹持块(8)上，并与连接块(3)和第一夹持块(8)分别通过螺钉连接，以从两侧对连接块(3)、第二夹持块(7)和第一夹持块(8)进行约束。3.如权利要求2所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，其特征在于，所述螺母包括小螺母(1)和大螺母(2)；所述大螺母(2)穿过在第二夹持块(7)长度中心对应的连接块(3)上；所述小螺母(1)在大螺母(2)两侧对称设置一组或两组；所述小螺母(1)与第二夹持块(7)的连接处设置有圆柱(6)；第二夹持块(7)表面设置有第一凹槽以固定圆柱(6)，所述圆柱(6)与小螺母(1)的连接面设置有第二凹槽以连接小螺母(1)；所述小螺母(1)与圆柱(6)之间有压弹片(5)，压弹片(5)在小螺母(1)与圆柱(6)连接处有孔供小螺母(1)穿过；所述大螺母(2)与压弹片(5)连接，大螺母(2)施加在压弹片(5)上的压紧力通过圆柱(6)作用在第二夹持块(7)上；所述连接块(3)为空心结构，以保证试样约束装置的重心在第一夹持块(8)和第二夹持块(7)之间。4.如权利要求3所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，其特征在于，所述压缩力导向装置为金属构件，包括压力传导杆和两侧开放的试样约束装置容纳腔，所述试样约束装置以待测复合材料平板长度方向中心与压力传导杆轴向重合的方式置
于所述试样约束装置容纳腔内；所述压力传导杆从外部伸入所述试样约束装置容纳腔，外侧端连接力学试验机(11)，内侧端连接从第一夹持块(8)和第二夹持块(7)叠合部露出来的待测复合材料平板的顶端。5.如权利要求4所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，其特征在于，所述压缩力控制子系统还包括换向装置，所述换向装置设置在力学试验机(11)和压缩力导向装置之间，用于当所述力学试验机(11)为拉伸力学试验机(11)时，将拉伸力转换为压缩所述压缩力导向装置的力。6.如权利要求5所述的高低温环境下测热塑性复合材料压缩力学性能系统，其特征在于，所述换向装置为金属材质，包括结构相同的第一方框件和第二方框件；所述第一方框件包括上表面、下表面、左连接杆和右连接杆：左连接杆分别连接上表面和下表面的左侧，右连接杆分别连接上表面和下表面的左侧；所述第二方框件的下表面通过两侧的通孔经第一方框件的左连接杆和第一方框件的右连接杆连接在第一方框件的上表面和第一梯形的下表面之间，所述第二方框件的左连接杆和右连接杆穿过第一方框件上表面的通孔与第二方框件的上表面连接，以实现第一方框件和第二方框件的相向运动和反向运动；当所述力学试验机(11)为拉伸力学试验机(11)时，所述压缩力导向装置的压力传导杆的外侧端连接在第一方框件上表面中心下侧；所述第二方框件的上表面与所述拉伸力学试验机(11)的固定端连接，所述第一方框件的下表面与所述拉伸力学试验机(11)的拉伸端相连接，通过第一方框件的动作使压缩力导向装置在第一方框件的上表面和第二方框件的下表面之间被压缩对待测复合材料平板产生压缩力。7.如权利要求1所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，其特征在于，所述数据测量子系统还包括第一计算机(14)，第一计算机(14)与力学试验机(11)相连接，用于记录待测复合材料平板受力状态；所述图像采集设备还包括第二计算机(15)、高速相机(10)和光源(9)：所述；所述第二计算机(15)与高速相机(10)相连接，所述高速相机(10)聚焦于第一夹持块(8)和第二夹持块(7)叠合部露出来的待测复合材料平板凸耳；所述光源(9)用于为所述高速相机提供采集环境。8.一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的方法，其特征在于，它使用如权利要求1-7中任一权利要求所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，在待测复合材料平板厚度方向两侧固定间距设置凸耳，然后置于在试样约束装置中，待测复合材料平板长度方向露出试样约束装置一端顶部与压缩力导向装置连接，压缩力导向装置另一端与力学试验机(11)连接，高低温环境箱(12)与力学试验机(11)连接的待测复合材料平板和部件相通，为其提供温度环境，通过力学试验机(11)对压缩力导向装置施加压缩力，从而压缩待测复合材料平板，同步通过图像采集设备对待测复合材料平板进行图像采集，进行数据处理后获得复合材料压缩力学性能数据。9.如权利要求8所述的测量热塑性复合材料平板压缩性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、对无应力无变形的待测复合材料平板凸耳处进行染色和划痕处理，染色采用与待
测复合材料平板反差大的颜色进行，将染色划痕后的待测复合材料平板在常温下干燥5分钟左右，用毛刷检查试验件不掉色即可；s2、用螺旋测微仪测量待测复合材料平板测量工作段上中下3处宽度和厚度，然后测量待测复合材料平板两侧的两凸耳之间纵向距离，对测量的多次取平均值，并记录数据；s3、将待测复合材料平板安装在试样约束装置中，把螺母拧到稳定夹持待测复合材料平板的程度；将试样约束装置放置在压缩力导向装置中，进一步组装在换向装置中，关闭力学试验机(11)的窗口；s4、在高低温环境箱(12)设置试验所需温度，达到设定温度时，继续保温15～30min，预热试样件到设定温度后，高低温环境箱(12)显示温度稳定后温度波动不超过
±
0.3℃；s5、在第一计算机中控制力学试验机(11)，将力学试验机(11)中的测力传感器清零，采用位移加载，加载速度为1mm/min，对待测样件进行预加载，当加载力为50n左右时，保持加载力不变；s6、在第二计算机中控制高速相机，打开光源，通过调整三脚架，让高速摄像机的拍摄角度、焦距达到合适的位置，使能拍摄到明亮、清晰的图像时，调整完毕；s7、高低温环境箱(12)保温结束后，在第一计算机、第二计算机上，同时启动对力学试验机(11)与高速相机(10)，保证应力、应变的变化同时进行，直至试验结束，保存力学试验机(11)应力数据和高速相机拍摄图像数据；s8、试验结束后，关闭高低温环境箱(12)电源，等待高低温环境箱(12)恢复常温即可取出试样；s9：数据处理，将高速相机拍摄得到的图像按时间顺序均分得到数张图像，即隔个1秒左右得到一张照片，对取得的照片进行图像处理得到变形信息。具体操作为对待测复合材料平板染色部分的标记点，即凸耳中的十字星处进行一个像素级别的坐标定位，进一步得出每张图像横纵向变形量；s10、基于力学试验机(11)与高速相机是同时启动的，根据高速相机拍摄的帧率算出每一张图像的时间，根据力学试验机(11)的数据得出每一张图像变形时所受应力，处理图像变形信息，按照国标gb/t3856-2005中的计算方法，计算得出压缩弹性模量、压缩泊松比、压缩强度，根据热塑性复合材料实验标准，每组试样数量不少于5个，进行五次实验得到的力学参数并取均值即是最终的热塑性复合材料参数。10.如权利要求9所述的高低温环境下测热塑性复合材料压缩力学性能的方法，其特征在于：所述步骤s3中，待测复合材料平板与第一夹持块(8)和第二夹持块(7)接触的表面分别粘贴四氟乙烯薄膜，以减少接触面摩擦力并保持摩擦力恒定；所述步骤s4中，高低温环境箱(12)设置的试验温度范围为：-80℃～200℃。
技术总结提供了一种测量热塑性复合材料平板压缩性能的系统，可在高低温环境下使用，用于测量厚度在0.5-3mm且在厚度方向为矩形截面的热塑性复合材料平板；系统包括压缩力控制子系统、试样约束装置、高低温环境箱(12)、数据测量子系统；压缩力控制子系统包括压缩力导向装置；数据测量子系统包括力学试验机(11)和图像采集设备；试样约束装置从待测复合材料平板的厚度方向对其进行夹持和约束；压缩力导向装置一端连接在待测复合材料平板的长度方向上，另一端与力学试验机(11)的连接；力学试验机(11)用于提供压缩力；图像采集设备用于采集待测复合材料平板的变形状态；高低温环境箱(12)用于提供测试温度环境。供测试温度环境。供测试温度环境。
技术研发人员：张大鹏 唐雨 雷勇军 于宝石 吴栋 许浩
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
