[发明专利]一种纤维金属层板I型层间断裂韧性GIC的评价测试方法及装置在审
申请号: | 201710756353.8 | 申请日: | 2017-08-29 |
公开(公告)号: | CN107621408A | 公开(公告)日: | 2018-01-23 |
发明(设计)人: | 陶杰;华小歌;李华冠;陆一;陈虞杰 | 申请(专利权)人: | 南京航空航天大学 |
主分类号: | G01N3/08 | 分类号: | G01N3/08 |
代理公司: | 北京恒创益佳知识产权代理事务所(普通合伙)11556 | 代理人: | 宋华 |
地址: | 211106 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 纤维 金属 间断 韧性 gic 评价 测试 方法 装置 | ||
技术领域
本发明属于纤维金属层板性能评价技术领域,具体涉及一种纤维金属层板I型层间断裂韧性GIC的评价测试方法及装置。
背景技术
纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)是一种由金属薄板和纤维复合材料交替铺层后,在一定的温度和压力下固化而成的层间混杂复合材料,也称为超混杂层板(Super Hybrid Laminates)。FMLs综合了传统纤维复合材料和金属材料的特点,具有高的比强度和比刚度,优良的疲劳性能以及高的损伤容限,这些优势使得FMLs在航空航天、汽车、桥梁及核电等工业中获得了广泛的应用。
纤维金属层板结构上的最大特点就是多层界面,多层界面的存在使纤维金属层板在使用中易产生分层及开裂,因此纤维金属层板的薄弱环节在于层间性能较差。飞机的复合材料主承力结构件在使用中常受到外来低速冲击载荷的作用,低速冲击会在层合板复合材料内部形成严重的不可见分层损伤;在进行层合板复合材料的轻量化设计时,必须考虑层合板复合材料的外层座曲破坏后,破坏的外层和内层增强材料之间将产生剥离载荷,剥离将影响和决定层合板复合材料的强度。分层的存在将造成层合板复合材料结构强度和刚度的降低,使得层合板复合材料的性能得不到充分的发挥。因此,研究层合板复合材料的界面性能、提高其层间强度是发挥和使用层合板复合材料其它强度功能所必须解决的问题。
在纤维金属层板界面性能研究中,从断裂力学的角度,采用作为层间裂纹扩展阻力的能量释放率GIC来评价层合板复合材料的层间断裂韧性。
目前,I型层间断裂韧性测试常采用双悬臂梁(DCB)试验测试的方法;传统的双悬臂梁层间断裂韧性DCB试验是在层合板结构的基础上在金属与复合材料层的界面加入聚酯薄膜作为预制裂纹,试验中采用层板两侧位移加载,预制裂纹会扩展至粘结完好的区域而形成分层,模拟层板的层间断裂。由于纤维金属层板的多层结构,与传统的材料相比,复合材料的延伸性小,各向异性显著,内部结构复杂。预制裂纹后层合板两边结构不均衡,在对含有预制裂纹的层合板施加剥离载荷时,外层金属和内层增强材料之间性能的差异导致加载过程中层合板未加载端一直向上偏移,造成严重的平面外位移现象;且双悬臂梁测试仅适用于偶数层结构层板中间层界面的层间断裂韧性测试,对不同结构及铺层下的层板结构未加以考虑,同时未考虑一些测试需要不同结构层板的第一层金属、第二层金属或中间层金属等与复合材料界面的层间断裂韧性,不同的界面层间断裂韧性存在一定差异,若仅采用双悬臂梁测试中间层界面会引起较大的试验误差,无法有效反映层板结构体系的I型层间断裂韧性,进而无法反映其真实的层间界面性能,不利于指导纤维金属层板的设计与应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种纤维金属层板I型层间断裂韧性GIC的评价测试方法及装置。
一种纤维金属层板I型层间断裂韧性GIC的评价测试装置,包括基座6、支撑装置和夹持装置、万能试验机、纤维金属层板试样,基座6上固定立柱作为支撑装置,支撑装置上固定有用于夹持纤维金属层板试样的夹持装置,万能试验机连接上拉杆1,用于向纤维金属层板试样加载,所采用的纤维金属层板试样为条状长方体单悬臂梁试样,在纤维金属层板的一端的材料界面放入薄板或者薄膜作为预制裂纹,纤维金属层板的下底面粘贴固定有加强块,纤维金属层板另一端上下面粘贴固定有上垫板7和下垫板8,夹持装置通过夹持上垫板7和下垫板8将试样夹持牢固,纤维金属层板预制裂纹的一端上表面固定有琴式铰链3,上拉杆1与琴式铰链3通过销钉2连接在一起对试样进行加载。
所述的评价测试装置,所述加强块的结构为纤维增强塑料层合板和复合材料蜂窝结构,厚度根据所选用的结构和材料确定;所述加强块材料为金属与纤维增强树脂预浸料组成的层合板或纤维与树脂形成蜂窝结构。
根据所述的评价测试装置进行纤维金属层板I型层间断裂韧性GIC的评价测试方法,包括以下步骤:
1)单悬臂梁试样准备,将试样装夹夹持装置上;
2)初始加载,以1mm/min-5mm/min的恒定速率进行加载,连续记录载荷和位移值,记录裂纹的位置,其精度在±0.5mm之内;当预制裂纹外的裂纹长度到3mm-5mm停止加载;以低于25mm/min的恒定速率卸载,卸载后,在试样两个侧边对预制裂纹的尖端做标记;
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