[发明专利]用于双材料界面混合模态断裂韧性测试的试件及测试方法

摘要

本发明公开了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，水平面之间有夹角的结合面上设置有预制裂纹。本发明同时还公开了该试件的制作及测试方法。本发明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。

主权项

一种用于双材料界面混合模态断裂韧性测试的试件制作及测试方法，其特征是，试件包括：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；所述两支撑辊子之间的距离为l，试件高度w、裂纹长度a，满足l/w=0.8~1.2，a/w=0.4~0.6，长方体一端与加载辊子的中心距离均为l1，长方体底部两个结合面之间的距离为l2，l1和l2的取值范围分别为l1/w=1~1.5，l2 为1~4mm；所述加载辊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辊子对称；其方法包括：1)根据所测量材料的性质试算，得到合适的试件参数；2)根据计算出的试件参数制作试件；3)进行三点弯曲加载；4)计算断裂时裂纹尖端的应力强度因子与能量释放率；步骤1)的具体过程为：①确定三点弯曲加载的跨距、试件高度、裂纹长度、试件宽度以及两种材料长度方向尺寸；②确定倾斜结合面的夹角的倾斜角变化范围；③用有限元法计算相位角，建立倾斜角和裂纹尖端相位角的对应关系，计算出能使相位角在0~90°之间变化的结合面倾斜角的范围；在此范围内选择5~9个倾斜角以产生5~9个相位角，对应每个倾斜角制作5~10个试件；相位角的有限元计算法采用位移外推法、应力外推法或交互积分法。