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原文传递一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法

专利名称：	一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法
摘要：	本申请公开了一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具及其试验方法，该夹具包括以下组件：带有两个卡榫的底座、中心对称的夹具主体A和夹具主体B、预制裂缝挡片；试验方法包括以下步骤：涂刷隔离液，固定夹具主体，安装预制裂缝挡片，浇筑试件，刮平与脱模，SEM‑serve设备安装，施加荷载并记录数据，计算II型断裂强度及断裂能。该试验方法能够基于SEM‑serve设备实现细观尺度下的粘弹性材料的断裂力学指标测定，能够消除宏观尺度试验中尺寸效应、边界条件等因素的影响；该试验夹具能够实现材料试件的裂缝尖端处于纯粹的II型断裂模式，能够消除宏观试验中结构因素引起的I型断裂模式干扰。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	马涛;顾临皓;丁珣昊;张伟光;吴少鹏;肖月
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910027004.1
公开号：	CN109781518A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	钱超
分类号：	G01N3/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
主权项：	1.一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具，其特征在于：所述粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具由三部分组成，分别为：底座(1)、夹具主体和预制裂缝挡片(5)，所述底座(1)上表面设有两个凸起的卡榫(2)；夹具主体由中心对称的夹具主体A(3)和夹具主体B(4)两部分组成，所述夹具主体A(3)和夹具主体B(4)底部设有卡槽，夹具主体A(3)和夹具主体B(4)通过卡槽卡入底座(1)的卡榫(2)中，夹具主体A(3)和夹具主体B(4)的连接位置围成一块试件浇筑区(6)，用来浇筑粘弹性材料试件；预制裂缝挡片(5)由两个相同的挡片组成，所述夹具主体A(3)和夹具主体B(4)上有与预制裂缝挡片(5)同样形状的凹槽，挡片竖直插入凹槽内固定。 2.一种粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，涂刷隔离液：将隔离液均匀涂刷于底座(1)的上表面；第二步，固定夹具主体：将夹具主体A(3)和夹具主体B(4)底部的卡槽对齐底座(1)上的卡榫(2)，固定夹具的水平位置；第三步，安装预制裂缝挡片：在预制裂缝挡片(5)伸入到试件浇筑区(6)的表面上粘贴特氟龙胶带，将预制裂缝挡片(5)对齐夹具主体A(3)和夹具主体B(4)上的凹槽，竖直插入；第四步，浇筑试件：加热材料试样，将试样逐渐浇筑于试件浇筑区(6)内；第五步，刮平与脱模：静置冷却试件，加热刮刀，刮平试件浇筑区(6)凸出的试样，拔出预制裂缝挡片(5)，并将夹具主体A(3)和夹具主体B(4)连同中间的材料试件整体平移，推出底座(1)上的卡榫(2)；第六步，SEM-serve设备安装：将夹具主体A(3)和夹具主体B(4)连同中间的粘弹性材料试件，水平放入到SEM-serve设备的楔形夹具中，使楔形夹具夹紧夹具主体A和夹具主体B；第七步，施加荷载并记录数据：先施加预加荷载，消除试验装置的初始扰动，再施加等应变率荷载，记录张力-位移曲线；第八步，计算II型断裂强度及断裂能：根据记录的张力-位移曲线，计算试样材料在II型断裂模式下的断裂强度及断裂能。 3.根据权利要求1所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具，其特征在于：所述试底座(1)尺寸为长45mm、宽15mm、高5mm，卡榫(2)长2mm、宽2mm、高5mm，材料采用45#钢。 4.根据权利要求1所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具，其特征在于：所述试夹具主体A(3)和夹具主体B(4)连接处围出长10mm、宽5mm的粘弹性材料试件浇筑区，组合后夹具主体外边缘尺寸为长45mm、宽15mm、高5mm；夹具主体A(3)和夹具主体B(4)底部均设有一个卡槽，卡槽尺寸与底座上的卡榫相同，夹具主体A(3)和夹具主体B(4)通过卡槽卡入卡榫(2)以固定夹具主体的水平位置；在粘弹性材料试件浇筑区两侧位置，设有安装预设裂缝挡片(5)的凹槽；夹具主体材料采用45#钢，试件浇筑区内壁表面粗糙度为Ra0.2μm。 5.根据权利要求1所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具，其特征在于：所述预制裂缝挡片(5)分别位于试件浇筑区的两侧中部，呈Y字型，包含三个分叉，其中最长的分叉厚度为0.1mm，伸入材料试件浇筑区长度为1mm，在材料试样浇筑过程中形成预设裂缝；挡片材料采用45#钢。 6.根据权利要求2所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，其特征在于：所述第一步和第二步中，将丙三醇与滑石粉按照质量份数比2.5：1配置成隔离液，沿一个方向将隔离液涂刷到底座上表面，然后将夹具主体A(3)和夹具主体B(4)对齐底座(1)上的卡榫(2)位置，沿竖直方向放置于底座正上方。 7.根据权利要求2所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，其特征在于：所述第三步中，采用厚度0.08mm的特氟龙胶带，粘贴于预设裂缝挡片(5)伸入试件浇筑区的分叉表面，然后将预设裂缝挡片(5)竖直地插入到夹具主体A(3)和夹具主体B(4)中的凹槽里，预设裂缝挡片(5)与底座(1)接触。 8.根据权利要求2所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，其特征在于：所述第四步和第五步中，将材料试样加热至其粘流温度以上，沿试件浇筑区边缘循环绕圈，逐渐浇筑于试件浇筑区内，最终使试样顶面高出夹具侧面高度大于1mm，保证夹具侧面与试件之间无气泡混入；静置冷却试件至25℃，加热刮刀至200℃，于5秒钟以内快速刮平试件浇筑区凸出的试样，使其与试件夹具侧面顶端平齐，静置3分钟，竖直拔出预制裂缝挡片(5)，并将夹具主体A(3)和夹具主体B(4)连同中间的材料试件整体平移，推出底座卡榫。 9.根据权利要求2所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，其特征在于：所述第七步中，施加0.1mm/min的拉伸位移荷载20s，卸除荷载20s，再施加1mm/min的等应变率荷载，记录张力-位移曲线。 10.根据权利要求2所述的粘弹性材料细观尺度下II型断裂试验夹具的试验方法，其特征在于：所述第八步中，根据试件边长L、试件厚度D，预制裂缝长度l、张力峰值Tc及破坏时的位移δf，试样材料在纯II型断裂模式下的断裂强度σc及断裂能Gf分别计算如式[1]、式[2]：
所属类别：	发明专利