[发明专利]一种测量各向异性材料切口角部应力强度因子的试验方法

权利要求书

1.一种用于测量各向异性复合材料切口角部应力强度因子的试验方法，其特征在于以改进后的圆盘试件作为试验试件，其切口角部在圆盘中心，通过对试件进行单轴压缩试验，即对圆周外缘施加沿任意直径方向的压缩载荷，测量其切口角部应力强度因子，以各向异性复合材料切口角部出现破损为测试基点。

2.根据权利要求1所述的试验试件其特征在于由两个扇形楔形体试件组合而成的圆盘，两个楔形体可以是不同材质的材料，其切口角部在圆盘的中心，被测的各向异性复合材料的楔形角为270o，另一个金属压块的楔形角为90o，二者通过楔形紧密组合形成厚度为7±1mm，直径为17±1.5mm的圆盘试验试样，对每个加载角制作3～4个试件，并记录相应的圆盘直径和厚度。

3.根据权利要求1所述的测量应力强度因子的试验方法，其特征在于安装试件进行试验时调整上下压盘中心连线经过圆盘中心轴线且与其垂直，即施加压力的方向沿圆盘直径方向，然后对每一个试件分别进行单轴压缩试验，以规定的加载角度和0.05mm/min的速率加载，直到材料切口角部出现破损，记录破损时的压力及破损位置并数据分析得出结果。

4.根据权利要求3所述的数据分析，其特征在于该材料的切口角部应力强度因子可以由以下表达式得到：

式中：上标“FEM”和“exp”分别表示有限元分析的值和实验测得的值；P表示试件的破坏载荷（N）；t和R分别表示试件的厚度（mm）和半径（mm）；λ_k为特征指数，其中，P^FEM =100N，t^FEM=1mm，R^FEM=1mm。

5.根据权利要求4所述的切口角部应力强度因子，其特征在于可以用来得到一个基于失效准则的广义应力强度因子的表达式：

                                        

其中，K_1C和K_2C可由（1）式得到，ψ为名义断裂混合模式相位角，可以由下式得到：

利用ψ和κ_C(ψ)这两个参数就可以定义一个基于评价广义应力强度因子准则的破坏封闭曲线，如图3所示，即以K₁/K_1C为横坐标，K₂/K_2C为纵坐标，极径为κ_C(ψ)，极角为ψ的曲线图，曲线内代表安全区，曲线外代表不安全区。