[发明专利]复材胶接结构胶接界面I型断裂韧性测试方法

说明书

本发明公开了一种基于DIC的复材胶接结构胶接界面I型断裂韧性测试方法，包括如下步骤：1)、试样制备；2)、试样尺寸测量；3)、试样表面散斑制备；4)、安装试样、调节数字图像测试系统，完成相机对焦；5)、加载试样；6)、数据提取；和7)、数据分析和结果计算。本发明的方法解决了I型断裂韧性的试验操作困难，可以全程自动记录界面脱粘裂纹尖端的位置，与微机控制万能试验机同步采集，计算每个时刻对应的能量释放率，提取临界能量释放率(断裂韧性G_IC)，可以有效开展裂纹扩展机理分析，提高了裂纹尖端定位的准确性。

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料实验力学领域，更具体地说，涉及一种基于数字图像相关法(DIC)的对于纤维增强复合材料胶接结构的胶接界面I型断裂韧性的测试方法。

背景技术

纤维增强复合材料结构是一种比强度高、比刚度高、可设计性强、应用广泛的先进材料。为了实现这种材料在大型结构中的应用，需要通过连接的方式将小的元件组合成大的结构件。机械连接技术是在金属结构中常用的方式，需要在结构表面打孔。而对于长纤维增强复合材料层合板而言，由于其结构特征，打孔后容易引入新的损伤，而胶接技术不引入新的损伤，其采用的胶黏剂与复合材料基体性能比较接近，成为复合材料连接的最优方式。对胶接结构的性能评价，主要关注点在于胶接界面的性能。

任何型式的裂纹都可看作是三种基本类型的组合，张开型(I型)、滑移型(II型)、撕开型(III型)。工程上I型裂纹出现的最多、最危险，研究最深入，是低应力断裂的主要原因。胶接界面的张开型I型断裂韧性或者临界能量释放率是胶接界面开裂的主要形式之一，是评价胶接性能的关键参数。

目前国内外对于胶接界面的断裂韧性的测试标准较少，其中ASTMD3433是针对金属胶接结构的，虽然ISO 25217涉及复合材料胶接结构，测定方法参考复合材料层间I型断裂韧性的测试方法，然而该测试方法操作复杂，人为影响因素较多，不能实现自动化记录数据。由于胶接界面的断裂与层间断裂相比有更多的方向确定性，因此可以基于单侧数字图像测试技术，开发一种全程监控记录的复合材料胶接结构胶接界面I型断裂韧性测试方法。

针对上述存在的问题，本发明提供了一种用于纤维增强复合材料胶接结构的胶接界面I型断裂韧性的测试方法，解决了I型断裂韧性的试验操作困难，通过该方法可以全程自动记录界面脱粘裂纹尖端的位置，与微机控制万能试验机同步采集，计算每个时刻对应的能量释放率，提取临界能量释放率(断裂韧性G_IC)，可以有效开展裂纹扩展机理分析，提高了裂纹尖端定位的准确性。所述系统和方法可控性强、操作便捷、易于推广应用。

发明内容

本发明的技术方案是基于数字图像相关技术，对复合材料胶接结构的胶接界面I型断裂韧性进行测试。

本发明公开了一种基于DIC的复材胶接结构的胶接界面I型断裂韧性G_IC测试方法，具体包括如下步骤：

1)、试样制备

试样为琴式铰链型双悬臂梁试样(参考GB/T 28891-2012)，选择合适的长度与宽度，例如，长度为140mm，宽度为25mm。试样铺层胶接面铺层为0°方向，也就是试样的长度方向。粘接过程中，在试样胶层与复合材料层板之间的界面铺入聚四氟乙烯塑料薄膜形成不粘接的区域预置脱粘缺陷，长度为40mm。薄膜必须平整，厚度不大于0.05mm。在试样预制缺陷端的复合材料层板两侧粘贴琴式铰链，轴心连线到试样边缘也是塑料薄膜边缘距离为16mm，轴心连线距离塑料薄膜的另一个边缘(初始裂纹尖端)为初始脱粘长度a₀＝24mm。

2)、试样尺寸测量

测量每个试样的宽度和厚度，记录宽度b和厚度h测量值的平均值。

3)、试样表面散斑制备