邱新新,常 红

(太原科技大学工程力学系,太原030024)

纤维增强复合材料在现代工程结构中已得到广泛应用,但由于复合材料在受载前就具有各种各样的初始缺陷及损伤,而这些缺陷(裂纹)的存在势必影响复合材料结构的失效强度。因此,测量复合材料断裂韧度是复合材料断裂力学的重要内容,也是了解复合材料抗断裂性能的重要手段。

断裂韧度的测试方法大多针对金属材料及复合材料层间断裂,如董雁瑾等[1]研究了玻璃纤维增强复合材料层间断裂韧性测试方法,常红[2]等利用光弹性贴片法实测正交异性双材料界面裂纹断裂参数。本文参考金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法(GB 4161-84)[3],采用三点弯曲实验与光弹实验相结合,对单向纤维增强复合材料在裂纹与纤维方向垂直时的断裂韧性进行测试。利用图像采集卡进行光弹图像实时采集,可以实时观测裂纹尖端附近应力变化,并能直观判断裂纹开裂临界状况,得到了较好的实验结果。

1 实验原理

正交各向异性板,单边穿透直裂纹的三点弯曲试件如图1所示(试件及裂纹尺寸如图所标示),当裂纹与纤维方向垂直时,并考虑试件加工及加载装置的影响,其裂纹尖端呈现复合型应力状态,应力分量如下式表示[4-5]:

图1 三点弯曲试样Fig.1 Three-points bending specimen

对于正交各向异性板,当x,y轴与材料主方向重合时,应力应变关系式[6]为:

在光弹性贴片法中,条纹级次n能反映构件测点主应变差:

式中,t为贴片厚度,fε为贴片材料应变条纹值。……