文档介绍：第卷第期太原科技大学学报. .
年月.
文章编号:———
复合材料单向板断裂韧性的光弹性实验研究
邱新新,常红
太原科技大学工程力学系,太原
摘要:结合金属材料三点弯曲试验方法,采用光弹贴片法实测纤维增强复合材料的断裂韧性。简
要推导光弹条纹参数与裂尖应力强度因子的关系,并以玻璃纤维增强环氧单向板为实例探讨复合材料
断裂韧性测试方法。实验表明,利用光弹图像可以实时观测试件裂纹扩展过程,
开裂点,进而得到材料的断裂韧性。
关键词:断裂韧性;复合材料;光弹贴片法;三点弯曲试验
中图分类号:. 文献标志码:
纤维增强复合材料在现代工程结构中已得到分量如下式表示割:
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【一【赢//,一
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。
一
断裂韧度的测试方法大多针对金属材料及复合赢南/
材料层间断裂,如董雁瑾等⋯研究了玻璃纤维增强复
一
合材料层间断裂韧性测试方法,常红等利用光弹性
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试验方法》—//—一
—,采用三点弯曲实验与光弹实验相结合, 南//·
对单向纤维增强复合材料在裂纹与纤维方向垂直时

一
的断裂韧性进行测试。利用图像采集卡进行光弹图像【—//一/。一
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。一
实验原理/ 一
正交各向异性板,单边穿透直裂纹的三点弯曲
—一
试件如图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::及加载装
置的影响,其裂纹尖端呈现复合型应力状态,应力赢一
收稿日期:.
作者简介:邱新新一,男,硕士研究生,主要研究方向为光弹性力学。
太原科技大学学报年
纤维含量% ,试件加工参考金属材料平面应变断
Ⅲ
裂韧度试验方法国家标准,使用自制. 薄
其中,/,/一,为方程锯片在垂直纤维方向预制裂纹。采用聚碳酸酯作
/的根。为贴片材料,贴片厚度为,在贴片单侧面镀铝
膜以提高贴片反射率。加载系统为材料试验机,如
图所示,压头以恒定速度./对试件
厂⋯加载,光弹采用反射式型光路,光路如图所示。
采用..图像采集卡进行光弹图像连续
采集。通过观察条纹变化,可以直接观察试件裂纹
开裂过程,开裂前后图像分别如图及图所示。
利用采集到的图像并结合—曲线图,可以识
别材料开裂临界点。
堆卜
// /
一一
其中击, ,

图测试系统
在光弹性贴片法中,条纹级次能反映构件测.
点主应变差: .
占片
·
。结
。半笔镜构
式中,为贴片厚度为贴片材料应变条纹值。一, , 【物
如主应变, 以测试点的,,表达,可得:

一
,得光弹条纹级数与
图型光路图
应力强度因子,Ⅱ的关系式:
.
· 一一一】