[发明专利]一种复合材料平纹织布撕裂阻力预测方法

说明书

技术领域

本发明提供一种复合材料平纹织布撕裂阻力预测方法，属于复合材料试验方法技术领域。

背景技术

复合材料以其优越的比强度、比刚度以及疲劳性能而被越来越广泛地应用于航空航天领域，然而，复合材料在加工过程中易产生内部缺陷，这对其在结构中应用带来安全隐患，为此，工程界发展了不同的复合材料力学性能测定标准，如ISO15024（纤维增强树脂材料I型层间断裂韧性测定方法）以及ASTM D6115（单向纤维增强树脂材料I型疲劳初始分层标准测定方法）等，以上方法主要针对复合材料层板性能测定而制定，而不涉及复合材料纤维编织布等柔软组分材料，纤维织布材料具有较高的抗拉强度，且质地极轻，适用于制造大型高空气球等柔性飞行器，以高空气球为例，在内压的作用下气球表面将承受较大的张力。由于在加工和使用过程中纤维织布可能存在内部缺陷或表面划伤，这些损伤能引起织布在载荷作用下发生撕裂，进而带来灾难性结构破坏，因此，测定纤维织布撕裂阻力性能，对保障其结构安全性至关重要，为此，本方法发展了复合材料纤维织布的撕裂阻力测定方法，可用于复合材料织布制造的柔性结构的损伤容限设计。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于提供一种复合材料平纹织布撕裂阻力预测方法。该方法操作简便，成本低廉。

2、技术方案：本发明一种复合材料平纹织布撕裂阻力预测方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、试样的选定。选用无缺损复合材料平纹织布试样、中心圆形缺口复合材料平纹织布试样以及单端缺口复合材料平纹织布3种试样。前两种分别为无缺口试样以及中心圆形缺口试样，用于测定缺口/无缺口试样拉伸强度，试样尺寸可依据ASTM D3039M-2000(R06)确定；另一种为单端缺口试样，用于测定材料断裂韧性，试样尺寸可依据ASTM D1004-09加工而成。所有试样缺口由切割机（根半径为0.25mm）切割而成。

步骤二、对上述3种试样进行位移控制下的静拉伸破坏试验，试验在干燥室温环境下进行，沿试样径线方向施加拉伸载荷。实验过程中记录各试样的载荷-位移曲线。

步骤三、根据试验测得的载荷-位移曲线，确定各试样的撕裂阻力试验值σ。对于无缺口、中心圆形缺口试样，撕裂阻力可根据其载荷-位移曲线上升段斜率确定。对于单端缺口试样，其撕裂阻力等于载荷峰值与试样在缺口处净面积之比，即

σ=P_max/S_net………………………………………（1）

步骤四、根据线弹性断裂力学原理，得到各试样断裂韧性值K_IC。断裂韧性计算公式如下所示：

KIC=σCY(a)πa···(2)]]>

其中a代表裂纹长度，σ_C代表试样发生断裂时外界施加的应力，Y(a)代表应力集中校正系数。对于脆性断裂过程，载荷-位移曲线在上升段保持线性，此时可选取峰值载荷对应的应力作为临界断裂应力；如果载荷-位移曲线在上升段呈明显非线性，此时可选取曲线斜率相对于初始斜率变化5%对应的应力水平作为临界断裂应力。根据《应力集中手册》（科学出版社，北京，1993）可查得，单端缺口试样的应力集中校正系数为：

Y(a)=1.99-0.41(a/b)+18.70(a/b)²-38.48(a/b)³+53.85(a/b)⁴……………（3）

其中b代表单端缺口试样宽度。

步骤五、进一步对复合材料平纹织布的力学性能进行简化假设，可以推导出任意裂纹长度下复合材料平纹织布的撕裂阻力预测公式。