【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料力学的，特别是一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法。
技术介绍
1、复合材料包括增强体和基体，例如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，其具有较高的比强度和比刚度，优良的疲劳性能以及高的损伤容限等优势，使得复合材料在航空航天、汽车制造等领域中具有广泛的应用。
2、缠绕成型复合材料又分为平板，缠绕件等，其最大的特点就是多层界面，多层界面的存在使得复合材料在使用中易产生分层及开裂，因此复合材料的薄弱环节在于层间性能较差。
3、在实际应用中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，低速冲击会在复合材料内部形成严重的不可见分层损伤；在进行复合材料的轻量化设计时，必须考虑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，剥离将影响和决定复合材料的强度。分层的存在将造成复合材料结构强度和刚度的降低，使得复合材料的性能得不到充分的发挥。因此，研究复合材料的界面性能、提高其层间强度是发挥和使用复合材料其它强度功能所必须解决的问题。
4、目前，评价缠绕成型复合材料层间断裂韧性的测试方法多是针对平板件的，而将其用于复合材料缠绕件时存在诸多问题，例如，制样时，预制裂纹不在测试试样的正中间位置；加载块与试样的粘接不牢，测试过程中易滑脱；在观察裂纹扩展时存在的误差较大。当复合材料缠绕件的曲率半径过小时，更是会存在上述问题。
5、因此在本领域中，期望开发一种适用于不同曲率半径的复合材料缠绕件的层间断裂韧性测试方法。
技术
1、根据上述提出的问题，本专利技术提出了一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，具体如下：
2、一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，包括以下步骤：
3、s1：试样制备；
4、在圆筒状芯模上缠绕复合材料层，所述复合材料层包括增强体和基体；
5、缠绕过程中在复合材料层的中间位置铺设无粘性高分子薄膜，然后进行固化，脱模，切割，得到带有预制裂纹的复合材料圆弧件；
6、s2：打磨处理试样并连接加载块；
7、将预制裂纹劈开1-3mm，对复合材料圆弧件带有预制裂纹的一端上下两侧进行打磨后涂覆液体胶并粘接加载块；
8、同时在预制裂纹区域涂抹脱模剂，在没有预制裂纹的区域涂抹带颜色的涂料并在该区域的上侧设置软刻度尺；
9、s3：加载块连接加载臂，开始测试试样；
10、加载块连接可自由转动的加载臂，将加载臂安装在拉力机上，开始测试试样；
11、首先用0.8～1.2mm/min的加载速率对试样进行匀速加载，产生的裂纹扩展越过预制裂纹一端0～5mm时停止加载，以低于25mm/min的恒定速率卸载；
12、再次以0.8～1.2mm/min的加载速率对试样进行匀速加载，产生的裂纹每次扩展1mm，记录一次相对对应的载荷p和位移δ，测试过程中对裂纹的扩展进度进行观察；
13、s4：进行计算确定最终测试的断裂韧性值；
14、按照以下公式进行计算，得到复合材料缠绕件的层间断裂韧性：
15、
16、其中，p为端部载荷，δ为位移，a为裂纹长度，b为试样的宽度，δ为柔度立方根对裂纹长度拟合的一次函数的横坐标的绝对值；
17、根据计算得到的断裂韧性值，取最后20-30个且离散系数小于等于5％-10％的数值的平均值作为最终该测试的断裂韧性值。
18、优选的，所述增强体为碳纤维或玻璃纤维，所述基体为环氧树脂和/或酚醛树脂。
19、优选的，所述复合材料层中增强体的体积分数为40-70％。
20、优选的，所述步骤s1中，所述预制裂纹的弧长占所述复合材料圆弧件弧长的1/4-1/3。
21、优选的，所述步骤s1中，缠绕所述复合材料层时，每缠绕一层增强体，需将多余的基体进行刮除。
22、优选的，所述无粘性高分子薄膜的材质为聚四氟乙烯。
23、优选的，所述步骤s2中，所述加载块使用液体胶进行粘接。
24、优选的，所述加载块与所述复合材料圆弧件接触的表面设有花纹，所述加载块设有通孔。
25、优选的，所述圆筒状芯模的直径为100～200mm，即得到的复合材料圆弧件的曲率半径为50～100mm。
26、进一步优选的，所述复合材料层的厚度为2～4mm。
27、本专利技术的的有益效果是：
28、(1)本专利技术中，在预制裂纹区域涂抹脱模剂，可防止后续在粘接加载块时，液体胶流动到预制裂纹区域将预制裂纹粘住影响测试；在没有预制裂纹区域的上侧粘贴软刻度尺，可使得后续在观察裂纹扩展时更为方便、准确地观察裂纹扩展的速度，从而使得测试结果更为准确。
29、(2)在对平板材料进行层间断裂韧性测试时，一般是直接通过液体胶将加载块和带有预制裂纹的一端的上下两侧进行粘接，然后在测试过程中经常会出现加载块脱落的问题，采用同样的方法对缠绕成型圆弧件进行测试时更是容易出现加载块脱落的问题，这是因为圆弧件带有一定的弧度，更不容易和加载块进行粘接，为了解决这个问题，本专利技术对加载块进行改进，使加载块与复合材料圆弧件接触的表面带有花纹，增大加载块与复合材料圆弧件接触的表面的粗糙度，同时对带有预制裂纹的一端的上下两侧进行打磨，从而可以使得加载块与复合材料圆弧件粘接的更为牢固，以避免在测试过程中加载块脱落。
30、(3)在缠绕复合材料层时，每缠绕一层增强体，将多余的基体进行刮除，可保证预制裂纹处于复合材料层的正中间位置，从而确保测试结果的准确性。
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1.一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述增强体为碳纤维或玻璃纤维，所述基体为环氧树脂和/或酚醛树脂。
3.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述复合材料层中增强体的体积分数为40-70％。
4.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述预制裂纹的弧长占所述复合材料圆弧件弧长的1/4-1/3。
5.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述步骤S1中，缠绕所述复合材料层时，每缠绕一层增强体，需将多余的基体进行刮除。
6.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述无粘性高分子薄膜的材质为聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述加载块使用液体
8.根据权利要求1或7所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述加载块与所述复合材料圆弧件接触的表面设有花纹，所述加载块设有通孔。
9.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述圆筒状芯模的直径为100～200mm，即得到的复合材料圆弧件的曲率半径为50～100mm。
10.根据权利要求9所述的层间断裂韧性测试方法，其特征在于，所述复合材料层的厚度为2～4mm。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述增强体为碳纤维或玻璃纤维，所述基体为环氧树脂和/或酚醛树脂。
3.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述复合材料层中增强体的体积分数为40-70％。
4.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述预制裂纹的弧长占所述复合材料圆弧件弧长的1/4-1/3。
5.根据权利要求1所述的一种适用于复合材料缠绕件层间断裂韧性测试方法，其特征在于：所述步骤s1中，缠绕所述复合材料层时，每缠绕一层增强体，需将多余的基体进行刮除。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，李武胜，郭伟，乔蕊，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：
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