[实用新型]用于双材料界面混合模态断裂韧性测试的试件有效

专利信息
申请号: 201320823429.1 申请日: 2013-12-12
公开(公告)号: CN203606239U 公开(公告)日: 2014-05-21
发明(设计)人: 张松;王高琦;张庆;闫续范;赵斌;陈艳 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: G01N3/20 分类号: G01N3/20
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人: 王吉勇
地址: 250061 山东*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 用于 材料 界面 混合 断裂韧性 测试
【说明书】:

技术领域

实用新型涉及一种测试试件,尤其是一种用于双材料界面混合模态断裂韧性测试的试件。 

背景技术

随着各类功能材料、复合材料、结合材料等先进材料的工业应用逐渐增多,由不同材料组成的界面力学行为越来越受到人们的重视。各类材料及结构的结合部,如金属/陶瓷结合界面、异种金属结合界面、功能器件与承载构件的结合界面等对材料或结构整体的力学行为有着十分重要的影响。由于界面附近容易存在缺陷或产生应力集中,结合材料容易在结合处或附近首先发生破坏。因此,结合材料的强度和寿命很大程度上取决于界面的强度和寿命特性。 

与均质材料裂纹类似,界面裂纹的开裂也分为三种类型,即张开型(I型)、滑移型(II型)和撕开型(III型)。裂纹的变形状态是由这三种基本形式叠加得到的。与裂纹形态相对应的断裂临界应力强度因子分别被称为I型(K1)、II型(K2)和III型(K3)断裂韧性。实际工程中的界面断裂通常是I-II型混合模态断裂,模态的混合程度用相位角ψ来表示,ψ=arctan(K2/K1)。因此要准确地定量评价界面结合强度必须完整地测量I型、II型和I-II型混合模态下断裂韧性。 

目前有多种测量界面断裂韧性的试件类型,最常用的有不对称三点弯曲试件、单边切口四点弯曲试件、不对称四点弯曲试件、巴西圆盘试件、边裂纹条形试件等,但这些试件都各有利弊。不对称三点弯曲试件和单边切口四点弯曲试件几何外形简单,但只能测量小范围混合模态下的断裂韧性;不对称四点弯曲试件的制作也较为简单,但需要制作专用加载装置;巴西圆盘试件应用非常广泛,但对于某些脆性材料来说制作比较困难;边裂纹条形试件不适合于一些断裂韧性较低的脆性材料。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种用于双材料界面混合模态断裂韧性测试的试件。 

为实现上述目的,本实用新型采用下述技术方案: 

一种用于双材料界面混合模态断裂韧性测试的试件,包括由两块第一种材料块和一块第二种材料块紧密结合共同组成一长方体,两块第一种材料块分别紧密设置于第二种材料块的两侧,且其中一块第一种材料块与第二种材料块紧密结合面垂直于水平面,另一块第 一种材料块与第二种材料块紧密结合面与水平面之间有夹角,与水平面之间有夹角的结合面上设置有预制裂纹。 

所述两块第一种材料块的底部各设有一根相互平行的支撑辊子。 

所述第二种材料块的上部设有一根加载辊子。 

所述加载棍子位于与水平面之间有夹角的结合面和试件底面交线的正上方。 

所述两根支撑辊子在试件长度方向上关于加载棍子对称。 

本实用新型的有益效果是,本实用新型中的双材料斜切口三点弯曲试件用于测试混合模态界面断裂韧性,试件几何形状简单,在普通的材料试验机上用三点弯曲方法加载即可得到0~90°范围内的断裂韧性值,尤其适合于脆性材料。采用本实用新型中的测试试样可以方便地获得双材料界面的混合模态断裂韧性值,为界面质量评价以及界面或整体的力学行为研究提供一种有效途径,对于材料或性能设计与开发、结构的优化设计具有举足轻重的意义。 

附图说明

图1是本实用新型中测试试件的几何形状以及三点弯曲夹具的位置图。 

图2是a=0.5w,l/w取不同数值时,ψ随θ值的变化曲线。 

图3是l=w,a/w取不同数值时,ψ随θ值的变化曲线。 

图中,1.第一种材料块,2.第二种材料块,3.裂纹,4.加载辊子,5.支撑辊子。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

本实用新型提出一种双材料斜切口三点弯曲试件用于测试混合模态界面断裂韧性。试件的几何形状如图1所示。试件是由两块第一种材料块1和一块第二种材料块2组成的长方体,两种材料右结合面为垂直面,左结合面与水平面呈θ角,裂纹3位于第一种材料块1和第二种材料块2左结合面上。长方体上方设置一根加载辊子4,下方设置两根支撑辊子5。加载棍子4位于左结合面与试件底面交线的正上方,两个支撑辊子5在试件长度方向上关于加载棍子4对称。 

两支撑辊5子之间的距离为l,图1中右侧第一种材料块1的长度,长方体左端与加载辊子的中心距例均为l1。l2为长方体底部两个结合面之间的距离。 

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