[發明專利]一種帶內芯脆性纖維橫向拉伸強度測試方法

有效

• 申請號: 202110870079.3
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113916651B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 孫志剛;石姣玲;陳西輝;宋迎東;牛序銘;肖瀚民;劉晉辰;姚旭博
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種帶內芯脆性纖維橫向拉伸強度測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、制備試驗纖維樣本，并對納米壓痕儀進行焦平面確定及壓頭位置校準；

步驟S2、使用納米壓痕儀對所述纖維樣本進行徑向壓縮試驗，獲取破壞載荷F_cr；

步驟S3、建立纖維壓縮模型，計算纖維樣本發生斷裂時的載荷接觸角α；對纖維壓縮試驗進行有限元分析，獲取纖維樣本垂直于徑向面的環向應力分布，最終獲取纖維橫向拉伸強度σ_cr^T；具體地，

步驟S3.1、計算纖維樣本發生斷裂時的載荷接觸角α如下：

其中b代表接觸面寬度，R代表纖維外徑，F代表單位長度上的工程載荷，E_T代表纖維橫向彈性模量，E_L代表纖維樣本的縱向彈性模量，v_LT代表泊松比；

步驟S3.2、根據載荷接觸角α，采用有限元分析，獲取纖維樣本垂直于徑向面的環向應力分布，從而獲取纖維橫向拉伸強度σ_cr^T；具體如下：

步驟S3.2.1、建立纖維壓縮模型；

根據纖維的尺寸繪制一個直徑為D，拉伸長度為l的半圓柱；設置屬性前，在半圓柱的圓形端面創建草圖，根據草圖分割出直徑為d的纖維內芯以及壓頭接觸的纖維部分；

步驟S3.2.2、創建并指派纖維材料屬性；

根據選取的纖維樣本材料和內芯材料不同，設定纖維樣本的彈性模量為E_sic，泊松比為v_sic；內芯的彈性模量為E_core，泊松比為v_core；

步驟S3.2.3、創建分析步；

選擇通用靜力類型，最大增量步數設置為1000，初始增量步大小為0.01，其他保持默認；場輸出中，第一個場輸出包括：平移及轉動U，反作用力與力矩RF，集中力與彎矩CF；第二個場輸出包括：應力分量與不變量S，塑性應變量PE，等效塑性應變PEEQ，塑性應變PEMAG，對數應變分量LE，狀態STATUS；第三個場輸出包括：接觸應力CSTRESS，接觸位移CDISP；歷程輸出保持默認；

步驟S3.2.4、載荷創建；

在半圓柱的底面設置邊界條件類型選擇對稱，全局坐標系為YSYMM，輸入接觸面上的載荷；

步驟S3.2.5、網格劃分；

全局種子近似單元尺寸設置為Q，劃分出來接觸壓頭的局部種子近似單元尺寸設置為q；網格形狀選擇六面體，以掃略最小網格過渡的中性軸算法劃分網格；

步驟S3.2.6、創建作業并提交；

步驟S3.2.7、可視化結果顯示；

在半圓面中心，創建柱坐標系，并將周向應力結果轉換成該坐標系下的應力分布；創建路徑，并沿此路徑繪制對應載荷接觸角的垂直徑向面的拉應力分布圖；

步驟S3.2.8、在選項云圖中設置邊界顯示最大值位置，得到最大的纖維橫向拉伸強度σ_cr^T。

2.根據權利要求1所述的一種帶內芯脆性纖維橫向拉伸強度測試方法，其特征在于，所述步驟S1中制備試驗纖維樣本的步驟包括：

步驟S1.1、將纖維樣本剪為3cm長度備用；

步驟S1.2、將銅片粘貼于納米壓痕儀的低碳鋼底座上，輔助纖維定位；依次采用500目、800目和1000目的砂紙將銅片打磨至與纖維同高度，在銅片上確定焦平面并進行壓頭位置校準；磨至無劃痕后將纖維樣本鋪放至與銅片平行，即纖維樣本直徑與銅片高度相等；在光學顯微鏡下確認纖維與銅片保持平行后強力膠將纖維的兩端固定。

3.根據權利要求1所述的一種帶內芯脆性纖維橫向拉伸強度測試方法，其特征在于，所述破壞載荷F_cr獲取方法包括以下步驟：

步驟S2.1、使用X-Y平移臺移動樣品臺位置，并在光學顯微鏡下觀測纖維樣本位置，直至壓頭對準測試纖維，并驗證纖維樣本與壓頭的對準情況；

步驟S2.2、觀察纖維樣本末端，控制納米壓痕儀以固定速度對纖維樣本進行壓縮，記錄工程載荷F和對應的位移x，繪制函數圖，并記錄下破壞載荷F_cr。