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摘 要

之前本文介紹了有關(guān)復(fù)合材料測(cè)試領(lǐng)域系列文章中介紹了復(fù)合材料壓縮性能、剪切性能、損傷容限、拉伸性能、沖擊后壓縮強(qiáng)度等測(cè)試方法。

本文主要介紹了復(fù)合材料能量釋放率的測(cè)試目的、常見(jiàn)測(cè)試類型和方法。

1、能量釋放率及其測(cè)試目的

能量釋放率（Energy release rates ）作為斷裂力學(xué)特征值在復(fù)合材料的表征中起著重要作用。該特征值被定義為在已知距離上傳播裂紋所需的每單位表面能量。測(cè)試結(jié)果得到的是描述層壓板裂紋擴(kuò)展靈敏度的值。

在測(cè)量過(guò)程中，需要對(duì)負(fù)載應(yīng)用的類型進(jìn)行區(qū)分：

模式I：開(kāi)裂（crack opening）

模式II：平面內(nèi)剪切（in-plane shear）

模式III：橫向于層壓板平面的扭轉(zhuǎn)載荷（torsional loading transverse to the laminate plane）

其中，模式I中能量釋放率的測(cè)量是最常用的，ISO、ASTM和EN標(biāo)準(zhǔn)等中都有描述.ASTM描述了一種混合模式方法，它是模式I和模式II的組合，具有可變的模態(tài)比例。

2、模式I類型的測(cè)量

模式I能量釋放率通常用DCB（雙懸臂梁）試樣測(cè)量。這里使用的試樣在平面內(nèi)方向上有一個(gè)裂紋，例如，在層壓過(guò)程中插入的塑料箔會(huì)產(chǎn)生裂紋。負(fù)載可以通過(guò)固定在縫隙中的負(fù)載塊、鉸鏈或特殊支架施加。

在試驗(yàn)過(guò)程中，以十字頭行程測(cè)量裂紋開(kāi)度，并通過(guò)試件腿變形量進(jìn)行修正。引入的能量是通過(guò)變形測(cè)量力的積分來(lái)計(jì)算的。裂紋擴(kuò)展在試件側(cè)面被直觀地記錄下來(lái)。

裂紋長(zhǎng)度可由機(jī)器操作員手動(dòng)計(jì)算，操作員可使用放大鏡查看試樣的標(biāo)記面。為了更好地實(shí)現(xiàn)測(cè)量的可追溯性，使用了數(shù)字放大鏡，隨著裂紋的發(fā)展，放大鏡沿著試樣進(jìn)行引導(dǎo)，并記錄測(cè)量的視頻。

該視頻與測(cè)試曲線逐幀同步，這意味著測(cè)試可以在完成后進(jìn)行驗(yàn)證，并在必要時(shí)進(jìn)行校正。根據(jù)使用的標(biāo)準(zhǔn)不同，測(cè)試順序和評(píng)價(jià)也不同。

有關(guān)該測(cè)試的主要標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 15024、ASTM D5528、AITM 1-0005、AITM 01-0053、波音BSS 7273、CRAG方法600、NASA方法RP 1092 ST-5、ESIS TC 4等。

3、模式II類型的測(cè)量

模式II載荷可在彎曲試驗(yàn)和帶缺口試樣的拉伸和壓縮試驗(yàn)中應(yīng)用和測(cè)量。模式II能量釋放率的測(cè)量被標(biāo)準(zhǔn)化為彎曲試驗(yàn)。彎曲試驗(yàn)中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力用于擴(kuò)展裂紋。

試樣用單端缺口彎曲（single end notch bending，SENB）表示，但端缺口彎曲度（end notch flexure，ENF）也是常用術(shù)語(yǔ)。撓度是通過(guò)十字頭行程（校正剛度）或使用一個(gè)位移傳感器中心連接進(jìn)行測(cè)量的。

裂紋起裂點(diǎn)的特征是最大力。測(cè)量結(jié)束時(shí)，將試樣在液氮中冷卻，然后完全破碎，以測(cè)量斷裂表面。

4、混合模式彎曲（MMB）

混合模彎曲可以在單向?qū)雍习迳蠝y(cè)量。I型和II型相結(jié)合，其中末端加載支架的位置決定了I型和II型的對(duì)應(yīng)比例。