單向纖維增強塑料板材Ⅰ型層間斷裂韌性試驗方法

如能提高斷裂韌性，就能提高材料的抗脆斷能力。因此必須了解斷裂韌性是受哪些因素控制的。影響斷裂韌性的高低，有外部因素，也有內(nèi)部因素。

外部因素

外部因素包括板材或構(gòu)件截面的尺寸、服役條件下的溫度和應(yīng)變速率等。

材料的斷裂韌性隨著板材或構(gòu)件截面尺寸的增加而逐漸減小，最后趨于一穩(wěn)定的最低值，即平面應(yīng)變斷裂韌性K_IC。這是一個從平面應(yīng)力狀態(tài)向平面應(yīng)變狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。

斷裂韌性隨溫度的變化關(guān)系和沖擊韌性的變化相類似。隨著溫度的降低，斷裂韌性可以有一急劇降低的溫度范圍，低于此溫度范圍，斷裂韌性趨于一數(shù)值很低的下平臺，溫度再降低也不大改變了。

關(guān)于材料在高溫下的斷裂韌性，Hahn和Rosenfied提出了以下經(jīng)驗公式：

σ_s——高溫下材料的屈服應(yīng)力，MPa；

ε_f——高溫下單向拉伸時的斷裂真應(yīng)變，

Ψ——高溫下單向拉伸時的斷面收縮率。

應(yīng)變速率的影響和溫度的影響相似。增加應(yīng)變速率和降低溫度的影響是一致的。

內(nèi)部因素

內(nèi)部因素有材料成分和內(nèi)部組織。作為材料成分與內(nèi)部組織因素的綜合，材料強度是一宏觀表現(xiàn)。從力學(xué)上而不是冶金學(xué)的角度，人們總是首先從材料的強度變化出發(fā)來探討斷裂韌性的高低。只要知道材料強度，就可大致推斷材料的斷裂韌性。圖1為AISI 4340（40CrNiMo）鋼的斷裂韌性和經(jīng)淬火、回火熱處理成不同屈服強度后的相互關(guān)系?？梢姡瑪嗔秧g性是隨材料屈服強度的降低而不斷升高的。這一試驗結(jié)果是有代表性的，大多數(shù)低合金鋼均有此變化規(guī)律。即使像馬氏體時效鋼（18Ni）也是如此，只不過同樣強度下斷裂韌性值較高些而已。

在斷裂韌性的測定中，有三個階段，在第一階段里，F(xiàn)PZ逐漸形成，應(yīng)力強度因子K_I值將會單調(diào)增加；在第二階段里，裂紋發(fā)生穩(wěn)定擴展；然后在第三階段，出現(xiàn)了K_I值的突然減少到K_IC值。對于這種現(xiàn)象的一種可能解釋是數(shù)值方法的固有假定所至。在有限元標定中假定了理想的線彈性系統(tǒng)，但隨著實驗的進行，此假定卻進一步失去正確性。因為有限裂紋長度增加，可以觀察到大的殘余CMOD。這個影響，在實驗開始時可以忽略，但到實驗的后期此影響是相當大的。

一般地，僅僅第二階段時的斷裂韌性值可以作為靜力分析時用。它們的平均值總結(jié)于下表中。從表中，我們可以觀察到如下現(xiàn)象：

①上面的表中所列的相對偏差都在范圍20%以內(nèi)，斷裂韌性的客觀值與試件的尺寸無關(guān)，并可以獲得；

②基于水平方向上的相對誤差，也可發(fā)現(xiàn)斷裂韌性與MSA的尺寸無關(guān)；

③這些結(jié)果是在無限制條件的實驗室里得到的，對于限制應(yīng)力對斷裂韌性的影響可見1990年Saouma等人的研究結(jié)果。