[发明专利]用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置，该装置由上下两个扭转夹持装置构成，两个扭转夹持装置对称放置，上方扭转夹持装置包括顶部夹持端和上圆孔方盘，下方扭转夹持装置包括底部夹持端和下圆孔方盘，上下圆孔方盘通过紧固螺栓分别安装在顶部夹持端和底部夹持端上。与现有技术相比，本发明装置构造简单，便于维护，试样形状加工容易，能够方便的配合扭转试验机实现纯III型断裂模式加载试验，试验成本较低，加载精度高。

技术领域

本发明涉及复合材料断裂测试领域，具体是一种用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置及方法。

背景技术

复合材料在承力结构中的应用比重越来越大，使得材料承受的应力状态也越来越复杂。分层破坏是复合材料层合板常见的破坏模式之一。因此，对复合材料的分层韧性，特别是纯III型分层断裂模式及理论的研究也越发必要，以保证材料结构在使用中的安全。

目前复合材料基本性能测试技术较为成熟，一般只需通过某一个加载方向进行加载，即可获得材料的单轴力学性能。常见的复合材料单轴测试标准可参见GB/T1447-2005(静态拉伸性能测试)及GB/T 16779-2008(拉-拉疲劳性能测试)等，常见的复合材料层合板边缘分层拉伸方法测试标准可参见HB 7071-1994，而复合材料纯III型分层测试方法则无任何标准可以遵循。

对于复合材料分层损伤模式的研究主要集中在纯I型(张开型)、纯II型(滑开型)和I+II混合型的模式分析，I型和II型应力强度因子和能量释放率均得到了较为成熟的研究，I型断裂可根据双悬臂梁(DCB)试验获得，II型断裂可根据端部缺口弯曲(ENF)试验获得。上述两种模式的试验研究比较容易操作和获得，而纯III型(撕开型)断裂的试验较难实现。在纯III型断裂研究的试验过程中，I型和II型断裂模式必须足够小以致可以忽略，然而现有的技术手段中较难实现纯III型断裂模式的试验。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置及方法，装置构造简单，试样形状加工容易，试验成本较低，加载精度高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置，其特征在于：该装置由上下两个扭转夹持装置构成。

其中两个扭转夹持装置对称放置，上方扭转夹持装置包括顶部夹持端和上圆孔方盘，下方扭转夹持装置包括底部夹持端和下圆孔方盘；

上述上圆孔方盘通过四个紧固螺栓安装在顶部夹持端上；

上述下圆孔方盘通过四个紧固螺栓安装在底部夹持端上。

所述的上圆孔方盘上表面平整，下表面设置方形凸起台阶和凸起圆环，方形凸起台阶的边长和圆环外径均为D，上圆孔方盘中部置有一直径为d的上下贯通圆孔。

所述的下圆孔方盘下表面平整，上表面设置方形凸起台阶和凸起圆环，方形凸起台阶的边长和圆环外径均为D，下圆孔方盘中部置有一直径为d的上下贯通圆孔。

用于复合材料III型断裂能量释放率测试的试验装置的测试方法，包括以下过程：

步骤1、制备纯III型断裂模式复合材料试验件，在试验件中部放置带直径为d的圆孔的方形聚酯薄膜，在圆孔区域试验件顶层和试验件底层相互粘接在一起，在聚酯薄膜区域形成试验件内部分层区域；

步骤2、通过紧固螺栓将上圆孔方盘安装在顶部夹持端，将下圆孔方盘安装在底部夹持端上；

步骤3、将试验件上表面与上圆孔方盘的下表面粘接在一起，试验件圆孔区域与上圆孔方盘的圆孔要重合，待胶接剂固化；

步骤4、将试验件下表面与下圆孔方盘的上表面粘接在一起，试验件圆孔区域与下圆孔方盘的圆孔要重合，待胶接剂固化；