[发明专利]一种带内芯脆性纤维横向拉伸强度测试方法

权利要求书

1.一种带内芯脆性纤维横向拉伸强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、制备试验纤维样本，并对纳米压痕仪进行焦平面确定及压头位置校准；

步骤S2、使用纳米压痕仪对所述纤维样本进行径向压缩试验，获取破坏载荷F_cr；

步骤S3、建立纤维压缩模型，计算纤维样本发生断裂时的载荷接触角α；对纤维压缩试验进行有限元分析，获取纤维样本垂直于径向面的环向应力分布，最终获取纤维横向拉伸强度σ_cr^T；具体地，

步骤S3.1、计算纤维样本发生断裂时的载荷接触角α如下：

其中b代表接触面宽度，R代表纤维外径，F代表单位长度上的工程载荷，E_T代表纤维横向弹性模量，E_L代表纤维样本的纵向弹性模量，v_LT代表泊松比；

步骤S3.2、根据载荷接触角α，采用有限元分析，获取纤维样本垂直于径向面的环向应力分布，从而获取纤维横向拉伸强度σ_cr^T；具体如下：

步骤S3.2.1、建立纤维压缩模型；

根据纤维的尺寸绘制一个直径为D，拉伸长度为l的半圆柱；设置属性前，在半圆柱的圆形端面创建草图，根据草图分割出直径为d的纤维内芯以及压头接触的纤维部分；

步骤S3.2.2、创建并指派纤维材料属性；

根据选取的纤维样本材料和内芯材料不同，设定纤维样本的弹性模量为E_sic，泊松比为v_sic；内芯的弹性模量为E_core，泊松比为v_core；

步骤S3.2.3、创建分析步；

选择通用静力类型，最大增量步数设置为1000，初始增量步大小为0.01，其他保持默认；场输出中，第一个场输出包括：平移及转动U，反作用力与力矩RF，集中力与弯矩CF；第二个场输出包括：应力分量与不变量S，塑性应变量PE，等效塑性应变PEEQ，塑性应变PEMAG，对数应变分量LE，状态STATUS；第三个场输出包括：接触应力CSTRESS，接触位移CDISP；历程输出保持默认；

步骤S3.2.4、载荷创建；

在半圆柱的底面设置边界条件类型选择对称，全局坐标系为YSYMM，输入接触面上的载荷；

步骤S3.2.5、网格划分；

全局种子近似单元尺寸设置为Q，划分出来接触压头的局部种子近似单元尺寸设置为q；网格形状选择六面体，以扫略最小网格过渡的中性轴算法划分网格；

步骤S3.2.6、创建作业并提交；

步骤S3.2.7、可视化结果显示；

在半圆面中心，创建柱坐标系，并将周向应力结果转换成该坐标系下的应力分布；创建路径，并沿此路径绘制对应载荷接触角的垂直径向面的拉应力分布图；

步骤S3.2.8、在选项云图中设置边界显示最大值位置，得到最大的纤维横向拉伸强度σ_cr^T。

2.根据权利要求1所述的一种带内芯脆性纤维横向拉伸强度测试方法，其特征在于，所述步骤S1中制备试验纤维样本的步骤包括：

步骤S1.1、将纤维样本剪为3cm长度备用；

步骤S1.2、将铜片粘贴于纳米压痕仪的低碳钢底座上，辅助纤维定位；依次采用500目、800目和1000目的砂纸将铜片打磨至与纤维同高度，在铜片上确定焦平面并进行压头位置校准；磨至无划痕后将纤维样本铺放至与铜片平行，即纤维样本直径与铜片高度相等；在光学显微镜下确认纤维与铜片保持平行后强力胶将纤维的两端固定。

3.根据权利要求1所述的一种带内芯脆性纤维横向拉伸强度测试方法，其特征在于，所述破坏载荷F_cr获取方法包括以下步骤：

步骤S2.1、使用X-Y平移台移动样品台位置，并在光学显微镜下观测纤维样本位置，直至压头对准测试纤维，并验证纤维样本与压头的对准情况；

步骤S2.2、观察纤维样本末端，控制纳米压痕仪以固定速度对纤维样本进行压缩，记录工程载荷F和对应的位移x，绘制函数图，并记录下破坏载荷F_cr。