复合材料能量释放率测试目的

百检网 2022-10-26

  能量释放率(Energy release rates )作为断裂力学特征值在复合材料的表征中起着重要作用。该特征值被定义为在已知距离上传播裂纹所需的每单位表面能量。测试结果得到的是描述层压板裂纹扩展灵敏度的值。
  在测量过程中,需要对负载应用的类型进行区分:
  模式I:开裂(crack opening)
  模式II:平面内剪切(in-plane shear)
  模式III:横向于层压板平面的扭转载荷(torsional loading transverse to the laminate plane)
  其中,模式I中能量释放率的测量是*常用的,ISO、ASTM和EN标准等中都有描述.ASTM描述了一种混合模式方法,它是模式I和模式II的组合,具有可变的模态比例。
  模式I类型的测量
  模式I能量释放率通常用DCB(双悬臂梁)试样测量。这里使用的试样在平面内方向上有一个裂纹,例如,在层压过程中插入的塑料箔会产生裂纹。负载可以通过固定在缝隙中的负载块、铰链或特殊支架施加。
  在试验过程中,以十字头行程测量裂纹开度,并通过试件腿变形量进行修正。引入的能量是通过变形测量力的积分来计算的。裂纹扩展在试件侧面被直观地记录下来。
  裂纹长度可由机器操作员手动计算,操作员可使用放大镜查看试样的标记面。为了更好地实现测量的可追溯性,使用了数字放大镜,随着裂纹的发展,放大镜沿着试样进行引导,并记录测量的视频。
  该视频与测试曲线逐帧同步,这意味着测试可以在完成后进行验证,并在必要时进行校正。根据使用的标准不同,测试顺序和评价也不同。
  有关该测试的主要标准包括ISO 15024、ASTM D5528、AITM 1-0005、AITM 01-0053、波音BSS 7273、CRAG方法600、NASA方法RP 1092 ST-5、ESIS TC 4等。
  模式II类型的测量
  模式II载荷可在弯曲试验和带缺口试样的拉伸和压缩试验中应用和测量。模式II能量释放率的测量被标准化为弯曲试验。弯曲试验中产生的剪切应力用于扩展裂纹。
  试样用单端缺口弯曲(single end notch bending,SENB)表示,但端缺口弯曲度(end notch flexure,ENF)也是常用术语。挠度是通过十字头行程(校正刚度)或使用一个位移传感器中心连接进行测量的。
  裂纹起裂点的特征是*大力。测量结束时,将试样在液氮中冷却,然后完全破碎,以测量断裂表面。
  混合模式弯曲(MMB)
  混合模弯曲可以在单向层合板上测量。I型和II型相结合,其中末端加载支架的位置决定了I型和II型的对应比例。
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