[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

本申請公開了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，該夾具包括以下組件：帶有兩個卡榫的底座、中心對稱的夾具主體A和夾具主體B、預制裂縫擋片；試驗方法包括以下步驟：涂刷隔離液，固定夾具主體，安裝預制裂縫擋片，澆筑試件，刮平與脫模，SEM?serve設備安裝，施加荷載并記錄數據，計算II型斷裂強度及斷裂能。該試驗方法能夠基于SEM?serve設備實現細觀尺度下的粘彈性材料的斷裂力學指標測定，能夠消除宏觀尺度試驗中尺寸效應、邊界條件等因素的影響；該試驗夾具能夠實現材料試件的裂縫尖端處于純粹的II型斷裂模式，能夠消除宏觀試驗中結構因素引起的I型斷裂模式干擾。

技術領域

本發明涉及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，屬于材料工程技術領域。

背景技術

斷裂行為是材料工程研究領域中的重要課題，其中II型斷裂又是研究的難點之一。II型斷裂定義為沿裂縫平面的純剪切作用下的斷裂行為，通過II型斷裂試驗可以獲取II型斷裂力學指標，用于斷裂力學分析。傳統的宏觀尺度斷裂試驗，如三點彎曲試驗和半圓彎曲試驗，都可以通過調節支座位置來實現材料試件不同的斷裂模式。但因為結構因素的影響，這些試驗都難以保證材料試件裂縫尖端處于純粹的剪切狀態，即難以實現純粹的II型斷裂模式，試驗結果中包含了I型斷裂的干擾，無法定量消除，影響試驗結果的準確性。另一方面，宏觀尺度下的斷裂試驗面臨尺寸效應、邊界效應的影響，使得試驗結果反映的更多的是試件的結構性能，而不是力學分析中真正需要的材料性能。本發明提供了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，很好地解決了上述兩方面的不足。

發明內容

解決的技術問題：本申請主要是提出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，解決現有技術中存在的難以實現純粹的II型斷裂加載模式、難以消除結構影響實現純粹的材料斷裂行為等技術問題。

技術方案：一種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、夾具主體和預制裂縫擋片，所述底座上表面設有兩個凸起的卡榫；夾具主體由中心對稱的夾具主體A和夾具主體B兩部分組成，所述夾具主體A和夾具主體B底部設有卡槽，夾具主體A和夾具主體B通過卡槽卡入底座的卡榫中，夾具主體A和夾具主體B的連接位置圍成一塊內陷式試件澆筑區，用來澆筑粘彈性材料試件；預制裂縫擋片由兩個相同的擋片組成，所述夾具主體A和夾具主體B上有與預制裂縫擋片同樣形狀的凹槽，擋片豎直插入凹槽內固定。

作為本發明的一種優選技術方案：所述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的上表面；

第二步，固定夾具主體：將夾具主體A和夾具主體B底部的卡槽對齊底座上的卡榫，固定夾具的水平位置；

第三步，安裝預制裂縫擋片：在預制裂縫擋片伸入到試件澆筑區的表面上粘貼特氟龍膠帶，將預制裂縫擋片對齊夾具主體A和夾具主體B上的凹槽，豎直插入；

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，刮平試件澆筑區凸出的試樣，拔出預制裂縫擋片，并將夾具主體A和夾具主體B連同中間的材料試件整體平移，推出底座上的卡榫；

第六步，SEM-serve設備安裝：將夾具主體A和夾具主體B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。