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能量释放率(G)

能量释放率作为断裂力学特征值在复合材料的表征中起着重要作用。

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  • 行业简介:复合材料PDF7 MB

测试的目的

该特征值定义为在已知距离上扩展裂纹所需的每单位表面能量。所得结果是一个描述层合板裂纹扩展敏感性的值。

在测量时,要区分不同类型的负载应用。

  • 模式一:裂缝打开
  • 模式二:面内剪切
  • 模式二:横于叠层平面的扭转荷载

模式I中能量释放率的测量是最常用的,在ISO, ASTM和EN标准中都有描述。模式III目前没有标准。

ASTM描述了一种混合模式方法,它是模式I和模式II与可变模式比例的组合。

DCB试验布置中的I型测量

  • 模式I能量释放率通常用DCB(双悬臂梁)试样测量。
  • 此处使用的试样在平面内方向上有裂纹,例如,在层压过程中插入塑料箔而扩展的裂纹。
  • 载荷可以通过粘接加载块、铰链或夹在缝隙中的特殊安装件施加。
  • 在试验过程中,以十字头行程测量裂纹开度,并通过试件腿变形量进行修正。引入的能量是由测量力通过变形的积分计算出来的。裂纹扩展在试样的侧面被直观地记录下来。
  • 裂纹长度可由机器操作员手动计算,操作员可使用放大镜查看试件标记的一侧。为了实现更好的测量可追溯性,使用了数字放大镜,随着裂纹的发展沿着试样进行引导,并记录测量的视频。
  • 此视频与测试曲线是逐帧同步的,这意味着测试完成后可以验证,并在必要时进行修正。
  • 测试顺序和评估因使用的标准不同而不同。
  • 标准如下:ISO 15024, ASTM D5528, AITM 1-0005, AITM 1-0053,波音BSS 7273, crg方法600,NASA方法RP 1092 ST-5, ESIS TC 4, prEN 6033(撤回)

模式II - SENB/ENF测试安排中的测量

II型加载可以在弯曲试验和有缺口试样的拉伸和压缩试验中应用和测量。

模式II能量释放率的测量被标准化为弯曲试验。弯曲试验中产生的剪应力用于扩展裂纹。试样用SENB(单端缺口弯曲)表示,但ENF(端缺口弯曲)也是常用的术语。挠度是通过十字头旅行(校正刚度)或使用一个位移传感器集中连接测量。

裂纹起始点具有最大力的特征。测量结束时,试样在液氮中冷却,然后完全破碎,测量断口表面。

混合模弯曲(MMB)

混合模弯曲可以在单向层压板上测量。模态I和模态II相结合,末端加载支架位置决定模态I和模态II的对应比例。

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