粘接界面Ⅲ型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種粘接界面Ⅲ型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，試件包括兩塊長(zhǎng)方形平板，兩塊長(zhǎng)方形平板在最大的面上通過粘接面粘接在一起，其中粘接面為長(zhǎng)方形，其中粘接面的三個(gè)邊界與平板的邊界重合，兩個(gè)長(zhǎng)方形平板未粘接部分為初始裂紋。本實(shí)用新型能夠有效且穩(wěn)定的測(cè)定粘接界面的Ⅲ型斷裂能量釋放率，并且可以在一般萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于固體力學(xué)基本力學(xué)特性測(cè)試領(lǐng)域，特別是一種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件。
【背景技術(shù)】
[0002]能量釋放率定義為裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)裂紋體所釋放出來的能量，與結(jié)構(gòu)的受力形式、裂紋尺寸和形式有關(guān)。通常，將能量釋放率臨界值成為斷裂韌度，是材料或者粘接界面的一個(gè)特征參數(shù)，是材料或者界面阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的度量。是材料固有的特性，與材料本身、熱處理及加工工藝有關(guān)。
[0003]基本的斷裂模式有I型、II型、III型。I型斷裂也叫張開型斷裂(open mode)，是一種最為危險(xiǎn)也是研究最為深入的斷裂模式。II型斷裂也叫滑移型斷裂(slide mode)，III型斷裂也叫撕裂型斷裂(twist mode)，它們都和剪切應(yīng)力有關(guān)。關(guān)于I型、II型斷裂基本參數(shù)的測(cè)量有了長(zhǎng)足的發(fā)展，測(cè)試方法較同意有些已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，如用于測(cè)量I型斷裂參數(shù)的緊湊拉伸實(shí)驗(yàn)，單邊切口拉伸實(shí)驗(yàn)、雙邊切口拉伸實(shí)驗(yàn)、單邊切口三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，中心裂紋壓縮試驗(yàn)等；用于測(cè)量II型斷裂參數(shù)的單剪切實(shí)驗(yàn)、雙剪切實(shí)驗(yàn)，側(cè)邊開口三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)
坐寸ο
[0004]關(guān)于III型裂紋開裂的研究比較少，未能形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及方法。目前用的方法有:滑道式裂紋剪切(crack rail shear)、懸臂梁開裂(split cantilever beam)剪切、邊裂紋扭轉(zhuǎn)(edge crack torsion)、傾斜裂紋拉伸(slant notch tension)等，然而這些方法存在一定的缺陷。有的不能提供純剪切應(yīng)力，斷裂不再是簡(jiǎn)單的III型斷裂，變成復(fù)合型斷裂(見 A comparison of Mode III threshold under simple shear and RCF conditions，M.G.Tarantino, S.Berettaj S.FolettijJ.Lai, Engineering Fracture Mechanics，Volume78，Issue8，May2011，Pagesl742 - 1755)。有的則是受試件及材料本身特性的限制，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生I型、II型斷裂，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成功率低?；蛘邔?shí)驗(yàn)需要專有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，無法再萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上完成(見 A comparison of Mode III threshold under simpleshear and RCF conditions，M.G.Tarantino, S.Berettaj S.Folettij J.Lai，EngineeringFracture Mechanics, Volume78, Issue8，May2011，Pagesl742 - 1755)。并且該方法必能應(yīng)用于界面III斷裂實(shí)驗(yàn)。文獻(xiàn)“Design and analysis of a new six-point edge cracktorsion(6ECT)specimen for mode III interlaminar fracture characterisation，，(A.B.Pereira, A.B.de Moraisj M.F.S.F.de Moura，Composites Part A:Applied Scienceand Manufacturing, Volume42, Issue2, February2011, Pagesl31 - 139)，提出了一種板條狀試件6點(diǎn)邊界加載試驗(yàn)，試驗(yàn)中加載點(diǎn)較多，而且不利于對(duì)稱加載，因此有必要對(duì)III型裂紋斷裂韌性的測(cè)試試件及實(shí)驗(yàn)方法做出改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種等夠有效且易操作的用于測(cè)量粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:
[0007]—種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，試件包括兩塊長(zhǎng)方形平板，兩塊長(zhǎng)方形平板在最大的面上通過粘接面粘接在一起，其中粘接面為長(zhǎng)方形，其中粘接面的三個(gè)邊界與平板的邊界重合，兩個(gè)長(zhǎng)方形平板未粘接部分為初始裂紋。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0009](I)利用本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，可以保證相對(duì)的純剪切應(yīng)變，保證試件斷裂為III型裂紋斷裂。
[0010](2)試件簡(jiǎn)單易于操作與加工，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，有利于較少實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
[0011](3)應(yīng)用本試件配合專用夾具在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)，故而試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于消除測(cè)試的系統(tǒng)誤差。
[0012](4)通過本實(shí)用新型試件得到的測(cè)試結(jié)果可以直接帶入能量釋放率的計(jì)算公式計(jì)算，不需要中間轉(zhuǎn)換步驟，計(jì)算簡(jiǎn)單。
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件的主視圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件的側(cè)視圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件的軸測(cè)圖及力加載圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本實(shí)用新型一種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，試件包括兩塊長(zhǎng)方形平板，兩塊長(zhǎng)方形平板在最大的面上通過粘接面粘接在一起，其中粘接面為長(zhǎng)方形，其中粘接面的三個(gè)邊界與平板的邊界重合，兩個(gè)長(zhǎng)方形平板未粘接部分為初始裂紋，試件的長(zhǎng)度及寬度大于厚度的8倍，初始裂紋長(zhǎng)度小于粘接面的寬度，初始裂紋小于試件寬度的1/2。
[0018]結(jié)合圖1、圖2、圖3，粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試采用兩點(diǎn)支撐、兩點(diǎn)等力加載的方法。試件位于xy平面內(nèi)。a、a’為試件的兩個(gè)支撐點(diǎn)，b、b’為力加載點(diǎn)。支撐力平行于z軸，加載力P方向平行于-Z軸。這種加載方法能夠保證為試件提供純剪切應(yīng)力。試件為平板型單邊切口試件，兩材料中間為粘接面，并預(yù)置初始裂紋，以引導(dǎo)試件的斷裂。
[0019]本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，試件的長(zhǎng)度及寬度應(yīng)大于厚度的8倍。
[0020]本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，試件的初始裂紋應(yīng)小于試件寬度的1/2，以保證試件有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
[0021]本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，其實(shí)驗(yàn)加載方法為對(duì)角對(duì)稱加載，在不同的對(duì)角線上加載方向相反，以保證為試件提供純剪應(yīng)力。
[0022]本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，其實(shí)驗(yàn)加載力及支撐力方向均垂直于試件平面，且方向相反，以保證剪應(yīng)力方向平行于Xy面。
[0023]本實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件使用過程如下:試件水平放置于與實(shí)驗(yàn)設(shè)備支撐座上，支撐座支點(diǎn)與a、a’點(diǎn)接觸，保證試件與支撐方向垂直，而后實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)試件加載，兩加載點(diǎn)作用于b、b’點(diǎn)上，加載方向垂直于試件平面。此種加載方法可以保證提供相對(duì)的純剪切加載，也保證了實(shí)驗(yàn)方法的簡(jiǎn)單易行。
[0024]實(shí)踐證明，粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件能夠用于粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試，而且實(shí)驗(yàn)成功率相對(duì)于其它實(shí)驗(yàn)方法有較高的成功率，同時(shí)等保證純剪切加載，操作簡(jiǎn)單易行，有利于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的消除。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]將本實(shí)用新型III型裂紋斷裂韌性的測(cè)試試件，應(yīng)用于鋁-鋁用聚四氟乙烯粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率中，制作粘接結(jié)構(gòu)的平板型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件。為保證測(cè)試的有效性，根據(jù)本實(shí)用新型中權(quán)利要求的說明，試件長(zhǎng)100mm，寬80mm。由于鋁的密度較小，且剛度相對(duì)較大，故單個(gè)鋁板厚度可取厚度4mm，聚四氟乙烯粘接面為韌性較小，切強(qiáng)度相對(duì)較小，故初始裂紋長(zhǎng)度可取較小值，取10mm。，實(shí)踐證明，實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件可很好的應(yīng)用于鋁-鋁用聚四氟乙烯粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率中，試件沿粘接面滑移斷開，證明了斷裂為III型，加載為剪切應(yīng)變。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]將本實(shí)用新型III型裂紋斷裂韌性的測(cè)試試件，應(yīng)用于鋁-鋁用丁羥膠(HTPB/DPI)粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率中，制作粘接結(jié)構(gòu)的平板型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件。為保證測(cè)試的有效性，根據(jù)本實(shí)用新型中權(quán)利要求的說明，試件長(zhǎng)100mm，寬80mm。由于鋁的密度較小，且剛度相對(duì)較大，故單個(gè)鋁板厚度可取厚度4mm，HTPB/DPI粘接面為韌性較大，切強(qiáng)度相對(duì)較小，故初始裂紋長(zhǎng)度可取較大值，取30mm。，實(shí)踐證明，實(shí)用新型粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件可很好的應(yīng)用于于鋁-鋁用丁羥膠(HTPB/DPI)粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率中，試件沿粘接面滑移斷開，證明了斷裂為III型，加載為剪切應(yīng)變。
【權(quán)利要求】
1.一種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，其特征在于:試件包括兩塊長(zhǎng)方形平板，兩塊長(zhǎng)方形平板在最大的面上通過粘接面粘接在一起，其中粘接面為長(zhǎng)方形，其中粘接面的三個(gè)邊界與平板的邊界重合，兩個(gè)長(zhǎng)方形平板未粘接部分為初始裂紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，其特征在于:所述的試件的長(zhǎng)度及寬度大于厚度的8倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，其特征在于:所述的初始裂紋長(zhǎng)度小于粘接面的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粘接界面III型斷裂能量釋放率的測(cè)試試件，其特征在于:所述的初始裂紋小于試件寬度的1/2。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK203551346SQ201320555921
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】胡少青, 鞠玉濤, 陳雄, 鄭健, 周長(zhǎng)省, 許進(jìn)升, 周清春, 韋震, 王鴻麗 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)