一種粘結界面ii型斷裂能的測試方法
【專利摘要】本發明提供了一種粘結界面的II型斷裂能的測試方法。該測試方法包括以下步驟：分別制作帶有粘結界面的第一試件和帶有相同粘結界面并在界面處有預制裂縫的第二試件，分別對第一試件和第二試件進行半側拉伸或半側壓縮測試獲得荷載-位移曲線，對所得曲線進行計算可以得到粘結界面的II型斷裂能。本發明提供的測試方法可以有效避免測試過程中粘結界面可能出現的其他類型斷裂分量，并且消除了由于其他原因引起的能量散耗對測試結果的影響，從而精確地測試粘結界面的純II型斷裂能。
【專利說明】一種粘結界面11型斷裂能的測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料檢測【技術領域】，尤其是涉及一種不同材料界面的II型斷裂能的測試方法。
【背景技術】
[0002]材料的粘結界面對材料或結構整體的力學行為有著十分重要的影響。由于界面附近容易存在缺陷或產生應力集中，材料容易在粘結界面處或附近首先發生破壞。隨著復合材料、功能材料等先進材料的應用逐漸增多，由不同材料組成的界面力學行為，特別是斷裂性能，越來越受到人們的重視。
[0003]與均質材料類似，粘結界面斷裂也分為三種類型，即張開型(I型)、滑移型(II型)和撕開型(III型)。斷裂能定義為物體受外力作用，直至物體斷裂時外力對每單位面積物體所做的功，是重要的斷裂性能參數。現有方法已經能較準確測得粘結界面I型斷裂的斷裂能，然而對粘結界面的純II型斷裂的斷裂能測定仍然缺乏有效方法。究其原因，主要是現有測試方法的幾何結構和相應加載條件都難以避免測試中出現附加的I型分量，并且難以排除測試中其他原因導致的能量散耗。為了測量粘結界面的II型斷裂能，需要一種可以消除測試中其他影響的有效測試方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種測量粘結界面的純II型斷裂能的方法。為此，本發明采用以下技術方案:
[0005]I)使用形成待測粘結界面的材料A和材料B來制作本發明的測試試件。測試試件包括第一試件和第二試件，分別如圖1中I和2所示，其中11是第一試件中材料A和材料B的粘結界面，21是第二試件中材料A和材料B的粘結界面，22是第二試件中兩道上下對稱的預制裂縫。
[0006]第一試件是由材料A的長方體塊和材料B的長方體塊緊密結合共同組成的長方體,如圖1中的第一試件所示。所述構成第一試件的材料A和材料B長方體塊具有相同的高度(h)和厚度(b)。為了使所述試件在測試過程中具有相同剛度，材料A的長方體塊長度(C1)和材料B的長方體塊長度(C2)滿足關系式=E1C1 = E2C2，采用半側拉伸測試方法時，E1和E2分別取材料A和材料B的拉伸模量；采用半側壓縮測試方法時，E1和E2分別取材料A和材料B的壓縮模量。
[0007]第二試件在第一試件的基礎上在粘結界面增加兩道上下對稱的預制裂縫，所述的兩道預制裂縫的長度與試件厚度(b)相同，且為等深裂縫。此外，為了避免由于材料不均勻性造成的初始柔度的變化遠遠小于由于預制裂縫不同造成的初始柔度的變化，裂縫深度(a)需要大于等于10mm，小于等于高度(h)的一半。
[0008]2)對所述的第一試件和第二試件分別進行半側拉伸或半側壓縮測試，分別如圖2(a)和圖2(b)所示。
[0009]為了實現所述第一試件和第二試件粘結界面的純II型破壞，所述的半側拉伸或半側壓縮測試的荷載均為平行于粘結界面的均布荷載，且滿布在所述試件粘結界面的同一偵U。通過測量第一試件和第二試件在測試過程中的荷載以及兩個加載面之間的位移，得到第一試件和第二試件的荷載-位移曲線，如圖3所示。
[0010]與此同時，所述試件施加荷載一側的材料的拉壓強度比大于等于I時，采用半側拉伸測試；反之，所述試件施加荷載一側的材料的拉壓強度比小于I時，采用半側壓縮測試。進一步地，對于半側壓縮測試，施加荷載時，所述測試試件受壓側的上下面均需放置與受壓面尺寸相等，厚度大于受壓面矩形較長邊長度一半的鋼板，以保證試驗機荷載傳遞至受壓面時荷載的均布。
[0011]3)計算粘結界面的II型斷裂能
[0012]所述方法對第一試件和第二試件的測試過程中外力所做的功，在到達最大荷載前，主要被三部分能量所抵消，包括沿著粘結界面發展的II型裂縫所散耗的能量(粘結面II型斷裂能)、加載端壓應變能以及加載段局部破壞和塑性變形消耗的能量；在達到最大荷載之后，外力所做的功主要被受拉/受壓破壞所消耗。
[0013]通過測試獲得的第一試件和第二試件的荷載-位移曲線，計算如圖3所示兩條曲線下圍的面積，從而測得粘結界面純II型斷裂能的大小。
[0014]由于第一試件和第二試件除了預制裂縫之外具有相同的幾何結構、材料和加載條件，因此，第一試件和第二試件有近似相同的最大荷載，而預制裂縫使得最大荷載所對應的位移會有所不同，如圖3所示。按照下式計算粘結界面的II型斷裂能(Giif):
【權利要求】
1.一種粘結界面II型斷裂能的測試方法，其特征是，包括以下步驟: 1)制作所述測試方法的測試試件，包括第一試件和第二試件，第一試件是由材料A的長方體塊和材料B的長方體塊緊密結合共同組成的長方體，其中材料A和材料B為不同材料，第二試件在第一試件的基礎上在粘結界面增加兩道上下對稱的預制裂縫； 2)對所述的第一試件和第二試件分別進行半側拉伸或半側壓縮測試，并測量第一試件和第二試件在測試過程中的荷載以及兩個加載面之間的位移，得到第一試件和第二試件的荷載-位移曲線； 3)按照下式計算粘結界面的II型斷裂能(Giif):
式中，a為預制裂縫長度，b為試件寬度，F1(S)為第一試件的荷載-位移曲線，Fpl為在測試過程中施加于第一試件上的最大荷載，δ pl為在測試過程中施加于第一試件上的最大荷載對應的位移，F2(S)為第二試件的荷載-位移曲線，Fp2為在測試過程中施加于第二試件上的最大荷載，Sp2為在測試過程中施加于第二試件上的最大荷載對應的位移。
2.根據權利要求1所述的粘結界面II型斷裂能的測試方法中的第一試件和第二試件，其特征是，所述構成第一試件和第二試件的材料I和材料B的長方體塊具有相同的高度(h)和厚度(b)，材料A的長方體塊長度(C1)和材料B的長方體塊長度(C2)滿足關系式=E1C1 =E2C2，采用半側拉伸測試方法時，E1和E2分別取材料A和材料B的拉伸模量，采用半側壓縮測試方法時，E1和E2分別取材料A和材料B的壓縮模量。
3.根據權利要求1所述的粘結界面II型斷裂能的測試方法中的第二試件的兩道預制裂縫，其特征是，所述的兩道預制裂縫為等深裂縫，且深度(a)大于等于10mm，小于等于高度(h)的一半，長度與試件厚度(b)相同。
4.根據權利要求1所述的粘結界面II型斷裂能的測試方法中所述的半側拉伸或半側壓縮測試，其特征是，所述的半側拉伸或半側壓縮測試，拉伸或壓縮荷載均為平行于粘結界面的均布荷載，且滿布在所述第一試件和第二試件粘結界面的同一側。
5.根據權利要求1所述的粘結界面II型斷裂能的測試方法中的半側拉伸或半側壓縮測試，其特征是，所述試件施加荷載一側的材料的拉壓強度比大于等于I時，采用半側拉伸測試；反之，所述試件施加荷載一側的材料的拉壓強度比小于I時，采用半側壓縮測試。
6.根據權利要求1所述的粘結界面II型斷裂能的測試方法中的半側壓縮測試，其特征是，施加荷載時，所述測試試件受壓側的上下面均需放置與受壓面尺寸相等，厚度大于受壓面矩形較長邊長度一半的鋼板。
7.根據權利要求2所述的第一試件和第二試件中的E1和E2，其特征是，當E1和E2為同種材料的同一模量，即E1和E2相等時，所述測試方法可以測試同一種材料的II型斷裂能以及同種材料的新舊部分之間粘結界面II型斷裂能。
【文檔編號】G01N3/08GK104181041SQ201410394458
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】李慶華, 盧振華, 徐世烺, 尹友成, 李智慧, 黃博滔 申請人:廣廈建設集團有限責任公司, 浙江大學