[发明专利]一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法

说明书

本申请公开了一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法，该夹具包括以下组件：带有两个卡榫的底座、中心对称的夹具主体A和夹具主体B、预制裂缝挡片；试验方法包括以下步骤：涂刷隔离液，固定夹具主体，安装预制裂缝挡片，浇筑试件，刮平与脱模，SEM‑serve设备安装，施加荷载并记录数据，计算II型断裂强度及断裂能。该试验方法能够基于SEM‑serve设备实现细观尺度下的粘弹性材料的断裂力学指标测定，能够消除宏观尺度试验中尺寸效应、边界条件等因素的影响；该试验夹具能够实现材料试件的裂缝尖端处于纯粹的II型断裂模式，能够消除宏观试验中结构因素引起的I型断裂模式干扰。

技术领域

本发明涉及一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

断裂行为是材料工程研究领域中的重要课题，其中II型断裂又是研究的难点之一。II型断裂定义为沿裂缝平面的纯剪切作用下的断裂行为，通过II型断裂试验可以获取II型断裂力学指标，用于断裂力学分析。传统的宏观尺度断裂试验，如三点弯曲试验和半圆弯曲试验，都可以通过调节支座位置来实现材料试件不同的断裂模式。但因为结构因素的影响，这些试验都难以保证材料试件裂缝尖端处于纯粹的剪切状态，即难以实现纯粹的II型断裂模式，试验结果中包含了I型断裂的干扰，无法定量消除，影响试验结果的准确性。另一方面，宏观尺度下的断裂试验面临尺寸效应、边界效应的影响，使得试验结果反映的更多的是试件的结构性能，而不是力学分析中真正需要的材料性能。本发明提供了一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法，很好地解决了上述两方面的不足。

发明内容

解决的技术问题：本申请主要是提出一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法，解决现有技术中存在的难以实现纯粹的II型断裂加载模式、难以消除结构影响实现纯粹的材料断裂行为等技术问题。

技术方案：一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具，由三部分组成，分别为：底座、夹具主体和预制裂缝挡片，所述底座上表面设有两个凸起的卡榫；夹具主体由中心对称的夹具主体A和夹具主体B两部分组成，所述夹具主体A和夹具主体B底部设有卡槽，夹具主体A和夹具主体B通过卡槽卡入底座的卡榫中，夹具主体A和夹具主体B的连接位置围成一块内陷式试件浇筑区，用来浇筑粘弹性材料试件；预制裂缝挡片由两个相同的挡片组成，所述夹具主体A和夹具主体B上有与预制裂缝挡片同样形状的凹槽，挡片竖直插入凹槽内固定。

作为本发明的一种优选技术方案：所述粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，包括以下步骤：

第一步，涂刷隔离液：将隔离液均匀涂刷于底座的上表面；

第二步，固定夹具主体：将夹具主体A和夹具主体B底部的卡槽对齐底座上的卡榫，固定夹具的水平位置；

第三步，安装预制裂缝挡片：在预制裂缝挡片伸入到试件浇筑区的表面上粘贴特氟龙胶带，将预制裂缝挡片对齐夹具主体A和夹具主体B上的凹槽，竖直插入；

第四步，浇筑试件：加热材料试样，将试样逐渐浇筑于试件浇筑区内；

第五步，刮平与脱模：静置冷却试件，加热刮刀，刮平试件浇筑区凸出的试样，拔出预制裂缝挡片，并将夹具主体A和夹具主体B连同中间的材料试件整体平移，推出底座上的卡榫；

第六步，SEM-serve设备安装：将夹具主体A和夹具主体B连同中间的粘弹性材料试件，水平放入到SEM-serve设备的楔形夹具中，使楔形夹具夹紧夹具主体A和夹具主体B；

第七步，施加荷载并记录数据：先施加预加荷载，消除试验装置的初始扰动，再施加等应变率荷载，记录张力-位移曲线；

第八步，计算II型断裂强度及断裂能：根据记录的张力-位移曲线，计算试样材料在II型断裂模式下的断裂强度及断裂能。