[發明專利]一種粘彈性材料細觀尺度下II型斷裂試驗夾具及其試驗方法

有效

• 申請號: 201910027004.1
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109781518B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 馬濤;顧臨皓;丁珣昊;張偉光;吳少鵬;肖月
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 錢超

1.一種粘彈性材料細觀尺度下II型斷裂試驗夾具，其特征在于：所述粘彈性材料細觀尺度下II型斷裂試驗夾具由三部分組成，分別為：底座（1）、夾具主體和預制裂縫擋片（5），所述底座（1）上表面設有兩個凸起的卡榫（2）；夾具主體由中心對稱的夾具主體A（3）和夾具主體B（4）兩部分組成，所述夾具主體A（3）和夾具主體B（4）底部設有卡槽，夾具主體A（3）和夾具主體B（4）通過卡槽卡入底座（1）的卡榫（2）中，夾具主體A（3）和夾具主體B（4）的連接位置圍成一塊試件澆筑區（6），用來澆筑粘彈性材料試件；預制裂縫擋片（5）由兩個相同的擋片組成，所述夾具主體A（3）和夾具主體B（4）上有與預制裂縫擋片（5）同樣形狀的凹槽，擋片豎直插入凹槽內固定；所述夾具主體A（3）和夾具主體B（4）連接處圍出長10mm、寬5mm的粘彈性材料試件澆筑區，組合后夾具主體外邊緣尺寸為長45mm、寬15mm、高5mm；夾具主體A（3）和夾具主體B（4）底部均設有一個卡槽，卡槽尺寸與底座上的卡榫相同，夾具主體A（3）和夾具主體B（4）通過卡槽卡入卡榫（2）以固定夾具主體的水平位置；在粘彈性材料試件澆筑區兩側位置，設有安裝預設裂縫擋片（5）的凹槽；夾具主體材料采用45#鋼，試件澆筑區內壁表面粗糙度為Ra0.2μm；粘彈性材料細觀尺度下II型斷裂試驗夾具的試驗方法，包括以下步驟：

第一步，涂刷隔離液：將隔離液均勻涂刷于底座（1）的上表面；

第二步，固定夾具主體：將夾具主體A（3）和夾具主體B（4）底部的卡槽對齊底座（1）上的卡榫（2），固定夾具的水平位置；所述第一步和第二步中，將丙三醇與滑石粉按照質量份數比2.5：1配置成隔離液，沿一個方向將隔離液涂刷到底座上表面，然后將夾具主體A（3）和夾具主體B（4）對齊底座（1）上的卡榫（2）位置，沿豎直方向放置于底座正上方；

第三步，安裝預制裂縫擋片：在預制裂縫擋片（5）伸入到試件澆筑區（6）的表面上粘貼特氟龍膠帶，將預制裂縫擋片（5）對齊夾具主體A（3）和夾具主體B（4）上的凹槽，豎直插入；所述第三步中，采用厚度0.08mm的特氟龍膠帶，粘貼于預設裂縫擋片（5）伸入試件澆筑區的分叉表面，然后將預設裂縫擋片（5）豎直地插入到夾具主體A（3）和夾具主體B（4）中的凹槽里，預設裂縫擋片（5）與底座（1）接觸；

第四步，澆筑試件：加熱材料試樣，將試樣逐漸澆筑于試件澆筑區（6）內；

第五步，刮平與脫模：靜置冷卻試件，加熱刮刀，刮平試件澆筑區（6）凸出的試樣，拔出預制裂縫擋片（5），并將夾具主體A（3）和夾具主體B（4）連同中間的材料試件整體平移，推出底座（1）上的卡榫（2）；

第六步，SEM-serve設備安裝：將夾具主體A（3）和夾具主體B（4）連同中間的粘彈性材料試件，水平放入到SEM-serve設備的楔形夾具中，使楔形夾具夾緊夾具主體A和夾具主體B；

第七步，施加荷載并記錄數據：先施加預加荷載，消除試驗裝置的初始擾動，再施加等應變率荷載，記錄張力-位移曲線；

第八步，計算II型斷裂強度及斷裂能：根據記錄的張力-位移曲線，計算試樣材料在II型斷裂模式下的斷裂強度及斷裂能；所述第八步中，根據試件邊長L、試件厚度D，預制裂縫長度l、張力峰值及破壞時的位移，試樣材料在純II型斷裂模式下的斷裂強度及斷裂能分別計算如式[1]、式[2]：

[1]，

[2]；

所述第四步和第五步中，將材料試樣加熱至其粘流溫度以上，沿試件澆筑區邊緣循環繞圈，逐漸澆筑于試件澆筑區內，最終使試樣頂面高出夾具側面高度大于1mm，保證夾具側面與試件之間無氣泡混入；靜置冷卻試件至25℃，加熱刮刀至200℃，于5秒鐘以內快速刮平試件澆筑區凸出的試樣，使其與試件夾具側面頂端平齊，靜置3分鐘，豎直拔出預制裂縫擋片（5），并將夾具主體A（3）和夾具主體B（4）連同中間的材料試件整體平移，推出底座卡榫。

2.根據權利要求1所述的粘彈性材料細觀尺度下II型斷裂試驗夾具，其特征在于：所述底座（1）尺寸為長45mm、寬15mm、高5mm，卡榫（2）長2mm、寬2mm、高5mm，材料采用45#鋼。