粘接界面Ⅲ型断裂能量释放率的测试试件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种粘接界面Ⅲ型断裂能量释放率的测试试件，试件包括两块长方形平板，两块长方形平板在最大的面上通过粘接面粘接在一起，其中粘接面为长方形，其中粘接面的三个边界与平板的边界重合，两个长方形平板未粘接部分为初始裂纹。本实用新型能够有效且稳定的测定粘接界面的Ⅲ型断裂能量释放率，并且可以在一般万能实验机上完成实验。
【专利说明】粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件
【技术领域】
[0001]本实用新型属于固体力学基本力学特性测试领域，特别是一种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件。
【背景技术】
[0002]能量释放率定义为裂纹扩展单位面积时裂纹体所释放出来的能量，与结构的受力形式、裂纹尺寸和形式有关。通常，将能量释放率临界值成为断裂韧度，是材料或者粘接界面的一个特征参数，是材料或者界面阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量。是材料固有的特性，与材料本身、热处理及加工工艺有关。
[0003]基本的断裂模式有I型、II型、III型。I型断裂也叫张开型断裂(open mode)，是一种最为危险也是研究最为深入的断裂模式。II型断裂也叫滑移型断裂(slide mode)，III型断裂也叫撕裂型断裂(twist mode)，它们都和剪切应力有关。关于I型、II型断裂基本参数的测量有了长足的发展，测试方法较同意有些已经形成标准，如用于测量I型断裂参数的紧凑拉伸实验，单边切口拉伸实验、双边切口拉伸实验、单边切口三点弯曲实验，中心裂纹压缩试验等；用于测量II型断裂参数的单剪切实验、双剪切实验，侧边开口三点弯曲实验
坐寸ο
[0004]关于III型裂纹开裂的研究比较少，未能形成统一的标准及方法。目前用的方法有:滑道式裂纹剪切(crack rail shear)、悬臂梁开裂(split cantilever beam)剪切、边裂纹扭转(edge crack torsion)、倾斜裂纹拉伸(slant notch tension)等，然而这些方法存在一定的缺陷。有的不能提供纯剪切应力，断裂不再是简单的III型断裂，变成复合型断裂(见 A comparison of Mode III threshold under simple shear and RCF conditions，M.G.Tarantino, S.Berettaj S.FolettijJ.Lai, Engineering Fracture Mechanics，Volume78，Issue8，May2011，Pagesl742 - 1755)。有的则是受试件及材料本身特性的限制，在实验过程中发生I型、II型断裂，导致实验成功率低。或者实验需要专有的实验设备，无法再万能实验机上完成(见 A comparison of Mode III threshold under simpleshear and RCF conditions，M.G.Tarantino, S.Berettaj S.Folettij J.Lai，EngineeringFracture Mechanics, Volume78, Issue8，May2011，Pagesl742 - 1755)。并且该方法必能应用于界面III断裂实验。文献“Design and analysis of a new six-point edge cracktorsion(6ECT)specimen for mode III interlaminar fracture characterisation，，(A.B.Pereira, A.B.de Moraisj M.F.S.F.de Moura，Composites Part A:Applied Scienceand Manufacturing, Volume42, Issue2, February2011, Pagesl31 - 139)，提出了一种板条状试件6点边界加载试验，试验中加载点较多，而且不利于对称加载，因此有必要对III型裂纹断裂韧性的测试试件及实验方法做出改进。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种等够有效且易操作的用于测量粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件。
[0006]实现本实用新型目的的技术解决方案为:
[0007]—种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，试件包括两块长方形平板，两块长方形平板在最大的面上通过粘接面粘接在一起，其中粘接面为长方形，其中粘接面的三个边界与平板的边界重合，两个长方形平板未粘接部分为初始裂纹。
[0008]本实用新型与现有技术相比，其显著优点:
[0009](I)利用本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，可以保证相对的纯剪切应变，保证试件断裂为III型裂纹断裂。
[0010](2)试件简单易于操作与加工，实验简单，有利于较少实验经费。
[0011](3)应用本试件配合专用夹具在万能实验机上完成实验，故而试验系统简单，有利于消除测试的系统误差。
[0012](4)通过本实用新型试件得到的测试结果可以直接带入能量释放率的计算公式计算，不需要中间转换步骤，计算简单。
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件的主视图。
[0015]图2是本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件的侧视图。
[0016]图3是本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件的轴测图及力加载图。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型一种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，试件包括两块长方形平板，两块长方形平板在最大的面上通过粘接面粘接在一起，其中粘接面为长方形，其中粘接面的三个边界与平板的边界重合，两个长方形平板未粘接部分为初始裂纹，试件的长度及宽度大于厚度的8倍，初始裂纹长度小于粘接面的宽度，初始裂纹小于试件宽度的1/2。
[0018]结合图1、图2、图3，粘接界面III型断裂能量释放率的测试采用两点支撑、两点等力加载的方法。试件位于xy平面内。a、a’为试件的两个支撑点，b、b’为力加载点。支撑力平行于z轴，加载力P方向平行于-Z轴。这种加载方法能够保证为试件提供纯剪切应力。试件为平板型单边切口试件，两材料中间为粘接面，并预置初始裂纹，以引导试件的断裂。
[0019]本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，试件的长度及宽度应大于厚度的8倍。
[0020]本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，试件的初始裂纹应小于试件宽度的1/2，以保证试件有足够的机械强度。
[0021]本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，其实验加载方法为对角对称加载，在不同的对角线上加载方向相反，以保证为试件提供纯剪应力。
[0022]本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，其实验加载力及支撑力方向均垂直于试件平面，且方向相反，以保证剪应力方向平行于Xy面。
[0023]本实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件使用过程如下:试件水平放置于与实验设备支撑座上，支撑座支点与a、a’点接触，保证试件与支撑方向垂直，而后实验设备对试件加载，两加载点作用于b、b’点上，加载方向垂直于试件平面。此种加载方法可以保证提供相对的纯剪切加载，也保证了实验方法的简单易行。
[0024]实践证明，粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件能够用于粘接界面III型断裂能量释放率的测试，而且实验成功率相对于其它实验方法有较高的成功率，同时等保证纯剪切加载，操作简单易行，有利于实验系统误差的消除。
[0025]实施例1:
[0026]将本实用新型III型裂纹断裂韧性的测试试件，应用于铝-铝用聚四氟乙烯粘接的粘接界面III型断裂能量释放率中，制作粘接结构的平板型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件。为保证测试的有效性，根据本实用新型中权利要求的说明，试件长100mm，宽80mm。由于铝的密度较小，且刚度相对较大，故单个铝板厚度可取厚度4mm，聚四氟乙烯粘接面为韧性较小，切强度相对较小，故初始裂纹长度可取较小值，取10mm。，实践证明，实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件可很好的应用于铝-铝用聚四氟乙烯粘接的粘接界面III型断裂能量释放率中，试件沿粘接面滑移断开，证明了断裂为III型，加载为剪切应变。
[0027]实施例2:
[0028]将本实用新型III型裂纹断裂韧性的测试试件，应用于铝-铝用丁羟胶(HTPB/DPI)粘接的粘接界面III型断裂能量释放率中，制作粘接结构的平板型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件。为保证测试的有效性，根据本实用新型中权利要求的说明，试件长100mm，宽80mm。由于铝的密度较小，且刚度相对较大，故单个铝板厚度可取厚度4mm，HTPB/DPI粘接面为韧性较大，切强度相对较小，故初始裂纹长度可取较大值，取30mm。，实践证明，实用新型粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件可很好的应用于于铝-铝用丁羟胶(HTPB/DPI)粘接的粘接界面III型断裂能量释放率中，试件沿粘接面滑移断开，证明了断裂为III型，加载为剪切应变。
【权利要求】
1.一种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，其特征在于:试件包括两块长方形平板，两块长方形平板在最大的面上通过粘接面粘接在一起，其中粘接面为长方形，其中粘接面的三个边界与平板的边界重合，两个长方形平板未粘接部分为初始裂纹。
2.根据权利要求1所述的一种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，其特征在于:所述的试件的长度及宽度大于厚度的8倍。
3.根据权利要求1所述的一种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，其特征在于:所述的初始裂纹长度小于粘接面的宽度。
4.根据权利要求1所述的一种粘接界面III型断裂能量释放率的测试试件，其特征在于:所述的初始裂纹小于试件宽度的1/2。
【文档编号】G01N1/28GK203551346SQ201320555921
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】胡少青, 鞠玉涛, 陈雄, 郑健, 周长省, 许进升, 周清春, 韦震, 王鸿丽 申请人:南京理工大学