碳纤维增强塑料中层间裂纹扩展的抵抗力检测方案(万能试验机)

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LAAN-A-AG-E021 Application No.i257Newshttp：//www.shimadzu.com.cn400-650-0439 材料试验 AG-X Plus 复合材料 CFRP的 MMB试验 摘要：本文使用岛津公司 AG-X Plus 电子万能试验机，非接触式引伸计，MMB夹具，根据 ASTM D6671/D6671M-19测试标准要求，采用速度控制方法试验。试验证明，岛津公司 AG-X Plus 可满足试验标准的各项指标要求，非接触式引伸计具有操作方便，精度高。 关键词： AG-X Plus MMB 视频引伸计 碳纤维增强塑料 (CFRP)不氧化或生锈，并具有比传统材料更高的比强度和刚度。 CFRP 的应用正在进行研究，重点是作为飞机材料的应用，需要强度和耐久性。然而， CFRP层合板的优异力学性能仅限于强化方向(与纤维平行)，未强化方向的 CFRP层合板强度显著降低(例如，层间方向。)。CFRP层压板也容易受到冲击，冲击会对 CFRP层压板造成内部损伤，如剥离层压板。因此在设计和产品开发采用CFRP层压板采用了损伤容限的设计，该设计考虑了内部损伤对材料强度的影响。损伤容限设计必须确 实验部分 1.1仪器 AG-X Plus 电子万能试验机视频引伸计 MMB 夹具 1.2分析条件 速度控制方式：位移速度控制 加载试验速率： 0.5mm/min 传感器容量：5KN 引伸计型号：TRViewX 55S 试验夹具： MMB 夹具 试样规格：137X25.2X5.5mm(长X宽×厚) |试验介绍 2.1试验条件、步骤介绍 图2示出了用于 MMB 测试的夹具的示意图。利用 MMB试验夹具，可以同时进行型双悬臂梁(DCB)试验(ASTMD5528)和Ⅱ型端部缺口弯曲(ENF) 试验 (JISK7086)。 图1.模型示意图 定材料对层间裂纹扩展的抵抗力，这是通过断裂韧性测试来完成的。由树脂基体和纤维组成的复合材料是各向异性的，评估这些材料不仅对断裂模式I， 而且对断裂模式Ⅱ(裂纹滑动模式)、断裂模式Ⅲ(裂纹撕裂模式)的研究，混合模式断裂也非常重要(见图1)。混合模式弯曲(MMB)试验用于评估混合模式下的断裂韧性，该模式结合了模式1和模式Ⅱ。 MMB 测试的特点是混合模比(以下简称模比)可以在随后的测试中改变。 图2.MMB测试夹具模型示意图 图3为所用试样，图4为试验的设置。在试样侧面画上刻度标记，以确认裂纹扩展长度，并在试样上固定一个1型试验装置。在试样制备过程中，在两层之间插入13um薄膜，将初始裂纹引入试样。在测试中，裂纹扩展长度需达到10mm(分层长度a为35mm)。在 TRViewX 非接触式数字视频引伸计上安装了一个特别镜头，以高分辨率捕捉刻度线的视频并确认视频上的裂纹扩展进度。 图4.试验装置 2.2试验结果 TRView X用于录制视频，因此在数据计算处理中，可以将录制的视频与测试结果同步起来。图5(b)中的图像(1)到(5)对应于图5(a)中所示的点(1)到(5)。试验结果如表1所示。 图5(a).力-位移曲线图 图5(b)裂纹扩展图像 表1显示了在模数比0.16 (c=110， L= 50)下的测试结果，模数比是恒定的。没有显示 az到 ag的测试结果，因为裂纹扩展在该区域非常迅速地发生，从而阻止了计算结果，因为无法在捕获的视频图像上确认分 层长度。 ASTM D6671 要求根据裂纹起始点a，的值计算总混合模式断裂韧性Gc。确定a，的方法有三种(见图6)： (1)NL， (2)5%/ max 和(3)VIS。通常， ao的值按(2)>(3)>(1)的顺序增加。图5示出了在表1中所示的每个裂缝长度处捕获的视频图像。图5(b)中的图像(1)至(5)对应于图5(a)中的点(1)至(5)。 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 图6确定 a，方法曲线 表1.试验结果 裂纹扩 GI iGII G 模比 展长度 a (mm) 力P(N) (KJ/m²) (KJ/m2) (KJ/m2) GII/G ao25 NL 113.7 0.232 0.046 0.278 0.165 5%/max 130.4 0.303 0.060 0.363 0.165 ao 25 VIS 126.4 0.286 0.057 0.343 0.165 a1.26 1 97.3 0.664 0.045 1.333 0.157 a2 27 2 a3 28 3 - a4 29 4 - - as 30 5 - a631 6 - a732 7 94.6 0.323 0.062 0.385 0.162 .ag .33 8 96.1 0.352 0.068 0.420 0.162 ag 34 9 97.2 0.379 0.074 0.453 0.163 a10 35 10 98.2 0.407 0.080 0.513 0.164 结论 岛津AG-X Plus电子万能试验机，配合MMB 夹具， 可按照 ASTM D6671 进行 MMB试验，测定混合模式断裂韧性Gc。此试验装置可满足 ASTM D6671标准要求确定能量释放率G随裂纹扩展达到25 mm (分层长度为50 mm)的变化的选项。 TRViewX可用于确认裂纹扩展。使用 TRViewX捕获与测试载荷-位移曲线结果同步的试样视频图像(见图5)，从而可以更轻松计算 Gc。.0使用此 MMB测试设备几乎不会改变模式I和模式Ⅱ的混合模式比率，从而可以准确、有效的进行混合模式测试。 岛津应用云 碳纤维增强塑料（CFRP）不氧化或生锈，并具有比传统材料更高的比强度和刚度。CFRP的应用正在进行研究，重点是作为飞机材料的应用，需要强度和耐久性。然而，CFRP层合板的优异力学性能仅限于强化方向（与纤维平行），未强化方向的CFRP层合板强度显著降低（例如，层间方向。）。CFRP层压板也容易受到冲击，冲击会对CFRP层压板造成内部损伤，如剥离层压板。因此在设计和产品开发采用CFRP层压板采用了损伤容限的设计，该设计考虑了内部损伤对材料强度的影响。损伤容限设计必须确定材料对层间裂纹扩展的抵抗力，这是通过断裂韧性测试来完成的。由树脂基体和纤维组成的复合材料是各向异性的，评估这些材料不仅对断裂模式I，而且对断裂模式II（裂纹滑动模式）、断裂模式III（裂纹撕裂模式）的研究，混合模式断裂也非常重要。混合模式弯曲（MMB）试验用于评估混合模式下的断裂韧性，该模式结合了模式I和模式II。MMB测试的特点是混合模比（以下简称模比）可以在随后的测试中改变。