[發明專利]用于雙材料界面混合模態斷裂韌性測試的試件及測試方法

有效

• 申請號: 201310673475.2
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103616299B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 張松;王高琦;張慶;閆續范;趙斌;陳艷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 王吉勇

1.一種用于雙材料界面混合模態斷裂韌性測試的試件制作及測試方法，其特征是，

試件包括：包括由兩塊第一種材料塊和一塊第二種材料塊緊密結合共同組成一長方體，兩塊第一種材料塊分別緊密設置于第二種材料塊的兩側，且其中一塊第一種材料塊與第二種材料塊緊密結合面垂直于水平面，另一塊第一種材料塊與第二種材料塊緊密結合面與水平面之間有夾角，與水平面之間有夾角的結合面上設置有預制裂紋；所述兩塊第一種材料塊的底部各設有一根相互平行的支撐輥子；所述第二種材料塊的上部設有一根加載輥子；所述兩支撐輥子之間的距離為l，試件高度w、裂紋長度a，滿足l/w=0.8~1.2，a/w=0.4~0.6，長方體一端與加載輥子的中心距離均為l₁，長方體底部兩個結合面之間的距離為l₂，l₁和l₂的取值范圍分別為l₁/w=1~1.5，l₂ 為1~4mm；所述加載輥子位于與水平面之間有夾角的結合面和試件底面交線的正上方，所述兩根支撐輥子在試件長度方向上關于加載輥子對稱；

其方法包括：

1)根據所測量材料的性質試算，得到合適的試件參數；

2)根據計算出的試件參數制作試件；

3)進行三點彎曲加載；

4)計算斷裂時裂紋尖端的應力強度因子與能量釋放率；

步驟1)的具體過程為：①確定三點彎曲加載的跨距、試件高度、裂紋長度、試件寬度以及兩種材料長度方向尺寸；②確定傾斜結合面的夾角的傾斜角變化范圍；③用有限元法計算相位角，建立傾斜角和裂紋尖端相位角的對應關系，計算出能使相位角在0~90°之間變化的結合面傾斜角的范圍；在此范圍內選擇5~9個傾斜角以產生5~9個相位角，對應每個傾斜角制作5~10個試件；相位角的有限元計算法采用位移外推法、應力外推法或交互積分法。

2.如權利要求1所述的方法，其特征是，所述三點彎曲加載的跨距根據三點彎曲國標規定和試件材料的不同選用20mm或30mm。

3.如權利要求1所述的方法，其特征是，步驟2)的具體過程為：對應每個傾斜角的角度制作5~10個試件，在傾斜的結合面上預制初始裂紋。

4.如權利要求1所述的方法，其特征是，步驟3)的具體過程為：在材料試驗機上對每一個試件分別進行三點彎曲試驗，以設定的速率加載，直到試件斷裂，并記錄載荷-位移曲線。

5.如權利要求1所述的方法，其特征是，步驟4)的具體過程為：用有限元法計算斷裂時裂紋尖端的應力強度因子和能量釋放率；將每個試件的斷裂載荷分別加入上述建立的有限元模型中，用步驟1)中所述位移外推法、應力外推法或交互積分法計算應力強度因子K₁、K₂，用虛擬裂紋閉合法或J積分法計算能量釋放率G。