[发明专利]一种新型表面能测试方法和系统

权利要求书

1.一种新型表面能测试方法，其特征在于，包括：

S11：在被测结构和形变材料之间放置若干个具有一定厚度的垫块；

S12：对形变材料施加电信号、磁信号、热信号或光信号，以使所述形变材料发生形变，出现裂纹扩展；

S13：采集裂纹图像；

S14：对采集到的裂纹图像进行处理，确定出裂纹尺寸；

S15：根据所述裂纹尺寸和断裂力学模型计算出被测结构的表面能。

2.根据权利要求1所述的新型表面能测试方法，其特征在于，所述形变材料为：

柔性压电薄膜、压磁材料、介电高弹体或形状记忆合金。

3.根据权利要求1所述的新型表面能测试方法，其特征在于，当所述形变材料为柔性压电薄膜时，对形变材料施加电信号；当所述形变材料为压磁材料时，对形变材料施加磁信号；当所述形变材料为形状记忆合金时，对形变材料施加热信号或光信号，以使所述形变材料发生形变，出现裂纹扩展；

具体的，当所述形变材料为柔性压电薄膜时：

在柔性压电薄膜的上下表面涂覆溶胶电极并将所述溶胶电极用导线与信号发生器相连；

对柔性压电薄膜施加电压；

柔性压电薄膜由于力电耦合效应产生变形，随着电压的增大，由于加入垫块而形成的裂纹尖端位置将出现裂纹扩展的情况。

4.根据权利要求1所述的新型表面能测试方法，其特征在于，

所述被测结构的表面是平面和/或曲面。

5.根据权利要求1所述的新型表面能测试方法，其特征在于，

所述垫块的尺寸满足预设要求，且所述垫块的模量大于预设值。

6.根据权利要求3所述的新型表面能测试方法，其特征在于，所述根据所述裂纹尺寸和断裂力学模型计算出被测结构的表面能，包括：采用双材料界面裂纹模型进行计算；

具体的，假设双材料界面为直平面，根据经典Westgaard函数，在贴合面上的应力满足：

其中，E′为平面应变弹性模量，h_inclusion为垫块的厚度，K(k)为第一类椭圆积分，w为垫块的长度，c为裂纹的长度；

然后利用裂纹能量释放率计算得到界面对应的表面能；结构的应变能为：

7.根据权利要求6所述的新型表面能测试方法，其特征在于，

当垫块个数为多个时，并且呈周期性分布时，加入如下参数：

其中，U_periodic为周期分布时裂纹的应变能，U_single为单一裂纹的应变能；

根据能量守恒定理，得出总能量与应力存在如下能量关系：

其中，b为脱粘长度，根据最小势能原理计算出表面能γ：