一種粘結(jié)界面ii型斷裂能的測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種粘結(jié)界面的II型斷裂能的測試方法。該測試方法包括以下步驟：分別制作帶有粘結(jié)界面的第一試件和帶有相同粘結(jié)界面并在界面處有預(yù)制裂縫的第二試件，分別對第一試件和第二試件進(jìn)行半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試獲得荷載-位移曲線，對所得曲線進(jìn)行計(jì)算可以得到粘結(jié)界面的II型斷裂能。本發(fā)明提供的測試方法可以有效避免測試過程中粘結(jié)界面可能出現(xiàn)的其他類型斷裂分量，并且消除了由于其他原因引起的能量散耗對測試結(jié)果的影響，從而精確地測試粘結(jié)界面的純II型斷裂能。
【專利說明】一種粘結(jié)界面11型斷裂能的測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種不同材料界面的II型斷裂能的測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]材料的粘結(jié)界面對材料或結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)行為有著十分重要的影響。由于界面附近容易存在缺陷或產(chǎn)生應(yīng)力集中，材料容易在粘結(jié)界面處或附近首先發(fā)生破壞。隨著復(fù)合材料、功能材料等先進(jìn)材料的應(yīng)用逐漸增多，由不同材料組成的界面力學(xué)行為，特別是斷裂性能，越來越受到人們的重視。
[0003]與均質(zhì)材料類似，粘結(jié)界面斷裂也分為三種類型，即張開型(I型)、滑移型(II型)和撕開型(III型)。斷裂能定義為物體受外力作用，直至物體斷裂時(shí)外力對每單位面積物體所做的功，是重要的斷裂性能參數(shù)?，F(xiàn)有方法已經(jīng)能較準(zhǔn)確測得粘結(jié)界面I型斷裂的斷裂能，然而對粘結(jié)界面的純II型斷裂的斷裂能測定仍然缺乏有效方法。究其原因，主要是現(xiàn)有測試方法的幾何結(jié)構(gòu)和相應(yīng)加載條件都難以避免測試中出現(xiàn)附加的I型分量，并且難以排除測試中其他原因?qū)е碌哪芰可⒑?。為了測量粘結(jié)界面的II型斷裂能，需要一種可以消除測試中其他影響的有效測試方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種測量粘結(jié)界面的純II型斷裂能的方法。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]I)使用形成待測粘結(jié)界面的材料A和材料B來制作本發(fā)明的測試試件。測試試件包括第一試件和第二試件，分別如圖1中I和2所示，其中11是第一試件中材料A和材料B的粘結(jié)界面，21是第二試件中材料A和材料B的粘結(jié)界面，22是第二試件中兩道上下對稱的預(yù)制裂縫。
[0006]第一試件是由材料A的長方體塊和材料B的長方體塊緊密結(jié)合共同組成的長方體,如圖1中的第一試件所示。所述構(gòu)成第一試件的材料A和材料B長方體塊具有相同的高度(h)和厚度(b)。為了使所述試件在測試過程中具有相同剛度，材料A的長方體塊長度(C1)和材料B的長方體塊長度(C2)滿足關(guān)系式=E1C1 = E2C2，采用半側(cè)拉伸測試方法時(shí)，E1和E2分別取材料A和材料B的拉伸模量；采用半側(cè)壓縮測試方法時(shí)，E1和E2分別取材料A和材料B的壓縮模量。
[0007]第二試件在第一試件的基礎(chǔ)上在粘結(jié)界面增加兩道上下對稱的預(yù)制裂縫，所述的兩道預(yù)制裂縫的長度與試件厚度(b)相同，且為等深裂縫。此外，為了避免由于材料不均勻性造成的初始柔度的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于由于預(yù)制裂縫不同造成的初始柔度的變化，裂縫深度(a)需要大于等于10mm，小于等于高度(h)的一半。
[0008]2)對所述的第一試件和第二試件分別進(jìn)行半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試，分別如圖2(a)和圖2(b)所示。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)所述第一試件和第二試件粘結(jié)界面的純II型破壞，所述的半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試的荷載均為平行于粘結(jié)界面的均布荷載，且滿布在所述試件粘結(jié)界面的同一偵U。通過測量第一試件和第二試件在測試過程中的荷載以及兩個(gè)加載面之間的位移，得到第一試件和第二試件的荷載-位移曲線，如圖3所示。
[0010]與此同時(shí)，所述試件施加荷載一側(cè)的材料的拉壓強(qiáng)度比大于等于I時(shí)，采用半側(cè)拉伸測試；反之，所述試件施加荷載一側(cè)的材料的拉壓強(qiáng)度比小于I時(shí)，采用半側(cè)壓縮測試。進(jìn)一步地，對于半側(cè)壓縮測試，施加荷載時(shí)，所述測試試件受壓側(cè)的上下面均需放置與受壓面尺寸相等，厚度大于受壓面矩形較長邊長度一半的鋼板，以保證試驗(yàn)機(jī)荷載傳遞至受壓面時(shí)荷載的均布。
[0011]3)計(jì)算粘結(jié)界面的II型斷裂能
[0012]所述方法對第一試件和第二試件的測試過程中外力所做的功，在到達(dá)最大荷載前，主要被三部分能量所抵消，包括沿著粘結(jié)界面發(fā)展的II型裂縫所散耗的能量(粘結(jié)面II型斷裂能)、加載端壓應(yīng)變能以及加載段局部破壞和塑性變形消耗的能量；在達(dá)到最大荷載之后，外力所做的功主要被受拉/受壓破壞所消耗。
[0013]通過測試獲得的第一試件和第二試件的荷載-位移曲線，計(jì)算如圖3所示兩條曲線下圍的面積，從而測得粘結(jié)界面純II型斷裂能的大小。
[0014]由于第一試件和第二試件除了預(yù)制裂縫之外具有相同的幾何結(jié)構(gòu)、材料和加載條件，因此，第一試件和第二試件有近似相同的最大荷載，而預(yù)制裂縫使得最大荷載所對應(yīng)的位移會(huì)有所不同，如圖3所示。按照下式計(jì)算粘結(jié)界面的II型斷裂能(Giif):

【權(quán)利要求】
1.一種粘結(jié)界面II型斷裂能的測試方法，其特征是，包括以下步驟: 1)制作所述測試方法的測試試件，包括第一試件和第二試件，第一試件是由材料A的長方體塊和材料B的長方體塊緊密結(jié)合共同組成的長方體，其中材料A和材料B為不同材料，第二試件在第一試件的基礎(chǔ)上在粘結(jié)界面增加兩道上下對稱的預(yù)制裂縫； 2)對所述的第一試件和第二試件分別進(jìn)行半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試，并測量第一試件和第二試件在測試過程中的荷載以及兩個(gè)加載面之間的位移，得到第一試件和第二試件的荷載-位移曲線； 3)按照下式計(jì)算粘結(jié)界面的II型斷裂能(Giif):
式中，a為預(yù)制裂縫長度，b為試件寬度，F(xiàn)1(S)為第一試件的荷載-位移曲線，F(xiàn)pl為在測試過程中施加于第一試件上的最大荷載，δ pl為在測試過程中施加于第一試件上的最大荷載對應(yīng)的位移，F(xiàn)2(S)為第二試件的荷載-位移曲線，F(xiàn)p2為在測試過程中施加于第二試件上的最大荷載，Sp2為在測試過程中施加于第二試件上的最大荷載對應(yīng)的位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)界面II型斷裂能的測試方法中的第一試件和第二試件，其特征是，所述構(gòu)成第一試件和第二試件的材料I和材料B的長方體塊具有相同的高度(h)和厚度(b)，材料A的長方體塊長度(C1)和材料B的長方體塊長度(C2)滿足關(guān)系式=E1C1 =E2C2，采用半側(cè)拉伸測試方法時(shí)，E1和E2分別取材料A和材料B的拉伸模量，采用半側(cè)壓縮測試方法時(shí)，E1和E2分別取材料A和材料B的壓縮模量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)界面II型斷裂能的測試方法中的第二試件的兩道預(yù)制裂縫，其特征是，所述的兩道預(yù)制裂縫為等深裂縫，且深度(a)大于等于10mm，小于等于高度(h)的一半，長度與試件厚度(b)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)界面II型斷裂能的測試方法中所述的半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試，其特征是，所述的半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試，拉伸或壓縮荷載均為平行于粘結(jié)界面的均布荷載，且滿布在所述第一試件和第二試件粘結(jié)界面的同一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)界面II型斷裂能的測試方法中的半側(cè)拉伸或半側(cè)壓縮測試，其特征是，所述試件施加荷載一側(cè)的材料的拉壓強(qiáng)度比大于等于I時(shí)，采用半側(cè)拉伸測試；反之，所述試件施加荷載一側(cè)的材料的拉壓強(qiáng)度比小于I時(shí)，采用半側(cè)壓縮測試。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘結(jié)界面II型斷裂能的測試方法中的半側(cè)壓縮測試，其特征是，施加荷載時(shí)，所述測試試件受壓側(cè)的上下面均需放置與受壓面尺寸相等，厚度大于受壓面矩形較長邊長度一半的鋼板。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的第一試件和第二試件中的E1和E2，其特征是，當(dāng)E1和E2為同種材料的同一模量，即E1和E2相等時(shí)，所述測試方法可以測試同一種材料的II型斷裂能以及同種材料的新舊部分之間粘結(jié)界面II型斷裂能。
【文檔編號】G01N3/08GK104181041SQ201410394458
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】李慶華, 盧振華, 徐世烺, 尹友成, 李智慧, 黃博滔 申請人:廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 浙江大學(xué)