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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：本发明公开了一种获取三维机织复合材料原位界面二型断裂韧性的方法，所述三维机织复合材料的内部纱线编织结构包括经纱与纬纱，两种纱线之间存在空间互锁，经纱波动方向为复合材料板局部坐标系的1方向，纬纱波动方向为2方向，厚度方向为3方向，包括如下步骤：步骤1：设计小尺寸的偏轴压缩试验件，在规定的位置处切割一条预制的裂纹；步骤2：根据试件结构建立高保真的有限元模型。本发明提出的试件的切割位置和尺寸设计，使试件内具有独立简单的界面结构，有利于对界面力学性能的测试。试件末端的切口位置和长度，能够保证二型裂纹沿试件界面的稳定扩展。试件尺寸小且结构简单，有利于高保真全尺寸有限元模型的建立，提高了建模效率和精度。

主权项：1.一种获取三维机织复合材料原位界面二型断裂韧性的方法，其特征在于所述三维机织复合材料的内部纱线编织结构包括经纱与纬纱，两种纱线之间存在空间互锁，经纱波动方向为复合材料板局部坐标系的1方向，纬纱波动方向为复合材料板局部坐标系的2方向，厚度方向为复合材料板局部坐标系的3方向，包括如下步骤：步骤1：设计小尺寸的偏轴压缩试验件，在规定的位置处切割一条预制的裂纹，具体步骤如下：步骤1-1：在三维机织复合材料板中，在方向1与方向3组成的平面中找到纬纱截面，根据纬纱截面位置切割一个不超过纬纱截面宽度的薄板；步骤1-2：去除薄板后，在薄板上切割出偏轴压缩试件，试件一端制出一个预制裂纹，预制裂纹须沿材料截面切割；步骤2：根据试件结构建立高保真的有限元模型，具体步骤如下：步骤2-1：拍摄试件表面的照片，获取试件表面的几何信息；步骤2-2：根据试件表面的几何信息，建立还原试件结构的几何模型；步骤2-3：对几何模型进行网格划分，并在预制裂纹相连的界面区域内使用虚拟裂纹闭合技术模拟裂纹的扩展过程；步骤2-4：对纤维束、基体分别添加材料属性，对不同方向的经纱和纬纱分别修正其材料主方向，以确保有限元模型的准确性；步骤3：根据试验中裂纹的起裂载荷，与有限元模型中裂纹的起裂载荷对比，得出试件界面的二型断裂韧性，具体步骤如下：步骤3-1：获取试件预制裂纹尖端附近的应变和位移信息；步骤3-2：将压缩夹具与试件装配，并将装配好的压缩夹具和试件整体放在准静态试验机的压缩圆盘上；步骤3-3：进行预载后，使用位移控制试验机开始压缩试验，直至观察到试件表面出现明显的裂纹扩展，用准静态试验机输出试验过程中的载荷、位移和时间等信息；步骤3-4：观察试件表面的裂纹扩展情况，记录裂纹起裂的时间；步骤3-5：根据记录下的裂纹起裂的时间，结合准静态试验机输出的载荷-时间信息找到裂纹起裂所对应的压缩载荷；步骤3-6：对有限元模型施加与试验件一致的边界条件，通过试件表面的位移场与有限元模型的位移场的对比，确定有限元模型的准确性；步骤3-7：验证有限元模型的准确性后，调整虚拟裂纹闭合技术中界面的二型断裂韧性值，对比有限元模型中裂纹起裂的载荷与试验观察到的裂纹起裂载荷；步骤3-8：当有限元模型的结果与试验结果相接近，此时有限元模型中输入的界面二型断裂韧性即为三维机织复合材料界面的二型断裂韧性。

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