[發明專利]一種復合材料平紋織布撕裂阻力預測方法

有效

• 申請號: 201310360468.7
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103439188A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 白江波;熊峻江;程序
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明提供一種復合材料平紋織布撕裂阻力預測方法，屬于復合材料試驗方法技術領域。

背景技術

復合材料以其優越的比強度、比剛度以及疲勞性能而被越來越廣泛地應用于航空航天領域，然而，復合材料在加工過程中易產生內部缺陷，這對其在結構中應用帶來安全隱患，為此，工程界發展了不同的復合材料力學性能測定標準，如ISO15024（纖維增強樹脂材料I型層間斷裂韌性測定方法）以及ASTM?D6115（單向纖維增強樹脂材料I型疲勞初始分層標準測定方法）等，以上方法主要針對復合材料層板性能測定而制定，而不涉及復合材料纖維編織布等柔軟組分材料，纖維織布材料具有較高的抗拉強度，且質地極輕，適用于制造大型高空氣球等柔性飛行器，以高空氣球為例，在內壓的作用下氣球表面將承受較大的張力。由于在加工和使用過程中纖維織布可能存在內部缺陷或表面劃傷，這些損傷能引起織布在載荷作用下發生撕裂，進而帶來災難性結構破壞，因此，測定纖維織布撕裂阻力性能，對保障其結構安全性至關重要，為此，本方法發展了復合材料纖維織布的撕裂阻力測定方法，可用于復合材料織布制造的柔性結構的損傷容限設計。

發明內容

1、目的：本發明的目的在于提供一種復合材料平紋織布撕裂阻力預測方法。該方法操作簡便，成本低廉。

2、技術方案：本發明一種復合材料平紋織布撕裂阻力預測方法，該方法具體步驟如下：

步驟一、試樣的選定。選用無缺損復合材料平紋織布試樣、中心圓形缺口復合材料平紋織布試樣以及單端缺口復合材料平紋織布3種試樣。前兩種分別為無缺口試樣以及中心圓形缺口試樣，用于測定缺口/無缺口試樣拉伸強度，試樣尺寸可依據ASTM?D3039M-2000(R06)確定；另一種為單端缺口試樣，用于測定材料斷裂韌性，試樣尺寸可依據ASTM?D1004-09加工而成。所有試樣缺口由切割機（根半徑為0.25mm）切割而成。

步驟二、對上述3種試樣進行位移控制下的靜拉伸破壞試驗，試驗在干燥室溫環境下進行，沿試樣徑線方向施加拉伸載荷。實驗過程中記錄各試樣的載荷-位移曲線。

步驟三、根據試驗測得的載荷-位移曲線，確定各試樣的撕裂阻力試驗值σ。對于無缺口、中心圓形缺口試樣，撕裂阻力可根據其載荷-位移曲線上升段斜率確定。對于單端缺口試樣，其撕裂阻力等于載荷峰值與試樣在缺口處凈面積之比，即

σ=P_max/S_net………………………………………（1）

步驟四、根據線彈性斷裂力學原理，得到各試樣斷裂韌性值K_IC。斷裂韌性計算公式如下所示：

KIC=σCY(a)πa···(2)]]>

其中a代表裂紋長度，σ_C代表試樣發生斷裂時外界施加的應力，Y(a)代表應力集中校正系數。對于脆性斷裂過程，載荷-位移曲線在上升段保持線性，此時可選取峰值載荷對應的應力作為臨界斷裂應力；如果載荷-位移曲線在上升段呈明顯非線性，此時可選取曲線斜率相對于初始斜率變化5%對應的應力水平作為臨界斷裂應力。根據《應力集中手冊》（科學出版社，北京，1993）可查得，單端缺口試樣的應力集中校正系數為：

Y(a)=1.99-0.41(a/b)+18.70(a/b)²-38.48(a/b)³+53.85(a/b)⁴……………（3）

其中b代表單端缺口試樣寬度。

步驟五、進一步對復合材料平紋織布的力學性能進行簡化假設，可以推導出任意裂紋長度下復合材料平紋織布的撕裂阻力預測公式。