(高清版)GBT 41932-2022 塑料 斷裂韌性（GIC和KIC）的測定 線彈性斷裂力學（LEFM）法

國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會 I 1 1 3 4 57儀器設(shè)備 6 7 910精密度 11試驗報告 附錄A(資料性)本文件與ISO13586:2018結(jié)構(gòu)編號對照情況 附錄B(資料性)含短纖維塑料的試驗 附錄C(規(guī)范性)校正因子 I1線彈性斷裂力學(LEFM)法1范圍本文件描述了在給定條件、裂紋張開模式(模式I)下測定塑料斷裂韌性的方法。為了適應不同類 2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不GB/T1040.1塑料拉伸性能的測定第1部分：總則(GB/T1040.1—2018,ISO527-1:2012,GB/T1041塑料壓縮性能的測定(GB/T1041—2008,ISO604:2002,IDT)GB/T12160—2019金屬材料單軸試驗用引伸計系統(tǒng)的標定(ISO9513:2012,IDT)GB/T16825.1—2022靜力單軸試驗機的檢驗第1部分：拉力和(或)壓力試驗機測力系統(tǒng)的檢驗與校準(ISO7500-1:2018,IDT)GB/T39812塑料試樣的機加工制備(GB/T39812—2021,ISO2818:2018,IDT)3術(shù)語和定義能量釋放率energyreleaserateG (1)2在平面應變加載條件下，裂紋開始擴展時，預制裂紋試樣的能量釋放率(3.1)。應力強度因子stressintensityfactorK與裂紋尖端距離(r)趨于零時、垂直于裂紋區(qū)域的應力[o(r)]和2πr平方根乘積的極限值，計算見公式(2)。K=lim,o0(r)×√2πr臨界應力強度因子criticalstressintensityfactor裂紋尖端周圍在平面應變加載條件下，裂紋開始擴展時的應力強度因子(3.3)值。 (3) (4)加載裝置移動的距離。剛度stiffnessS力-位移曲線的初始斜率，計算見公式(5)。 (5)3裂紋開始擴展時的外加載荷。裂紋開始擴展時輸入的功。裂紋長度cracklengtha基準線與初始裂紋尖端的距離。注1:以米(m)為單位。注2:初始裂紋制備見5.3。能量校正因子energycalibrationfactorφ考慮試樣裂紋長度對剛度影響的系數(shù)，計算見公式(6)。 (6)式中：S——試樣的剛度；a(=a/w)——歸一化裂紋長度(見3.9)。幾何校正因子geometrycalibrationfacf用于說明試樣結(jié)構(gòu)和尺寸的系數(shù)。特征長度characteristiclengthr裂紋尖端塑性變形區(qū)的尺寸。表1給出的符號及其說明適用于本文件。4說明am拉伸彈性模量(見GB/T1040.1)NfG能量釋放率臨界能量釋放率hmK臨界應力強度因子lmrmS剛度5mmmWmJWmα裂紋長度(a)按試樣寬度(w)(a=a/w)歸φ能量校正因子—μ泊松比(見GB/T1040.1)5試樣三點彎曲(也稱為單邊缺口彎曲，SENB)試驗和緊湊拉伸(CT)試驗的試樣應分別按照圖1和圖2進行制備。試樣的推薦厚度(h)為片狀樣品的厚度，試樣寬度(w)等于2h。裂紋長度(a)宜在0.45w~5試樣的制備應符合相關(guān)材料國家標準和GB/T39812的要求。對于各向異性的試樣，注意在每個的裂紋長度應大于原始缺口尖端半徑的4倍。這對于脆性試樣更重要，因為此過程可以使其b)如果不能產(chǎn)生自然裂紋(如在堅硬的試樣中),則通過滑動刀片使缺口尖銳。每個試樣使用一個新的刀片。由此產(chǎn)生的裂紋長度應大于原始缺口尖端半徑的4倍。溫度(23±2)℃、相對濕度(50±10)%。如果已知材料特性對濕度不敏感，可6試驗機應符合GB/T12160—2019和GB/T16825.1—20載荷指示裝置應符合GB/T16825.1—2022規(guī)定的1級。載荷指示裝置應顯示試樣所承受的總載移傳感器在試驗過程中應連續(xù)記錄位移且精度應不低于GB/T12160—2019規(guī)定的1級，且在試驗速度下連續(xù)測量不應有慣性滯后。位移測量精度應不超過實測值的1%,否則應予以校正。7.4夾具SENB試驗采用帶移動滾輪的試驗夾具，如圖3所示。使用半徑大于0.5w的大壓頭可將試樣的壓A—A78圖4在無缺口試樣上測定的力-位移曲線圖5確定彎曲試樣的壓痕位移的示意圖圖6確定緊湊拉伸試樣壓痕位移的示意圖9FFFo=F?F——力圖7缺口試樣的力-位移曲線(位移已根據(jù)壓痕效應進行了修正)9結(jié)果計算與表示穩(wěn)定裂紋增長則意味著真正的起裂力并不是由最大值定義的。為了規(guī)避一個可疑的起裂位置，采用一個人為的規(guī)則。在圖7的曲線上畫一條經(jīng)過零點的切線，確定初始剛度(S);通過零點畫一條斜率為載)。如果第二條線在最大值之前與力曲線相交于Fs,則F?應稱為Fq。詳見圖7,假設(shè)滿足LEFM條當不滿足10%非線性條件時，則舍棄該試驗。通過能量(WB)計算裂紋開始擴展時的臨界能量釋放率，其中力為Fq,原始裂紋長度為a,WB通過按照公式(7)計算Gq。h——試樣厚度，單位為米(m);w——試樣寬度，單位為米(m);φ(a/w)——能量校正因子，和裂紋長度有關(guān)。能量校正因子(φ)的計算及兩種試樣的φ(a/w)值表格按附錄C的規(guī)定。9.3臨時結(jié)果(K?)通過裂紋開始擴展時的力(Fq)和原始裂紋長度(a)計算臨界應力強度因子(Kq),見公式(8)。F?裂紋開始擴展時的力，單位為牛頓(N):h——試樣厚度，單位為米(m);f(a/w)——幾何校正因子，和裂紋長度有關(guān)。幾何校正因子的計算公式及兩種試樣的f(a/w)記錄表格按附錄C的規(guī)定。9.4臨界尺寸和結(jié)果驗證只有當試樣的尺寸顯著大于裂紋尖端周圍的塑性區(qū)時，本試驗才有效，臨界尺寸以r表示。用于平面應變斷裂試驗的試樣應同時滿足以下尺寸判據(jù)：用本文件推薦的試樣尺寸，一般能同時滿足所有的判據(jù)。該判據(jù)包括兩個限制，即h應足以確保平面應變，但(w-a)應足以避免韌帶的過度塑性。如果(w-a)過小，通常會，但不一定必然違反線性判據(jù)。如果違反了線性判據(jù)，則可在試樣厚度(h)保持不變的條件下可適當增加試樣寬度(w),w/h不大于4。分別通過Gq和K。計算F,見公式(9)和公式(10):h——試樣厚度，單位為米(m);f——幾何校正因子；φ——能量校正因子；S——試樣剛度，單位為牛頓每米(N/m); (9) (10)o,——拉伸屈服應力(按照GB/T1040.1測定)或者為壓縮屈服應力(按照GB/T1041測定)乘以9.5交叉檢驗由于彈性模量(E)與剛度(S)以及機械斷裂性能(Gc和Kic)有關(guān)，因此能夠?qū)Y(jié)果的準確性進行 (11) (12)E——彈性模量(見3.4);f——幾何校正因子(見附錄C);φ——能量校正因子(見附錄C);通常，E比Etma稍大。如果差異超過15%,則應檢查Gc和Kic的結(jié)果是否存在可能的誤差。表2給出了9組聚酰胺材料的試驗數(shù)據(jù)。大多數(shù)試驗是采用SENB方法獲得的，并且使用兩種方法預制裂紋：滑動刀片和輕敲刀片。每組試驗給出了5次試驗的算術(shù)平均值和標準偏差。Knc的平均標準偏差為5%,Gic的平均標準偏差為12%。表2聚酰胺的Knc和Gnc測量組號Kc(平均)Gc(平均)E1234567 89 注：RS—滑動刀片；RT——輕敲刀片。未進行位移校正1122334 69678附錄A附錄B附錄B附錄C附錄A(資料性)B.1總則形區(qū)的尺寸)具有顯著均勻性[條件a]]和各向同性[條件b]]的塑料。含有短纖維(長度為0.1mm~所以是材質(zhì)不均勻的(不滿足條件a)];由于裂紋擴展區(qū)域的尺寸和纖維長度相當，因此在裂紋擴展區(qū)a)纖維分散基本均勻，即整個樣品中的局部纖維濃度基本恒定(準均勻性)。如果受試材料包含c)貫穿板厚度的纖維取向分布，表征材料的分層微觀結(jié)構(gòu)，其相對于平面試件的中平面基本B.2試樣本文件推薦的兩種試驗方法均能使用，即單邊缺口彎曲(SENB)[也稱為三點彎曲(TPB)]和緊湊拉伸(CT),試樣形狀和尺寸符合第5章要求。對于本附錄涉及的具有非均勻結(jié)構(gòu)和各向異性的材料，有必要規(guī)定相對于材紋位置(即裂紋平面和裂紋前端的位置以及裂紋擴B.2.2試樣方向 厚度等于平板的原厚度，因此通常僅測試L-T和T-L試樣。a)CT試樣b)SENB試樣圖B.1試樣方向B.2.3預制裂紋優(yōu)選使用鋒利的刀片根據(jù)5.3中描述的方法b)進行裂紋的預制，而5.3中a)和c)方法，通過輕敲放置在凹口根部的刀片來產(chǎn)生自然預裂紋，對于這類材料是困難的和危險的。輕敲易產(chǎn)生偏離原始裂紋平面且具有不規(guī)則前沿的預裂紋。另外，與其他類型的塑料相比，這類材料的裂紋尖端銳度通常不關(guān)鍵：通過用新刀片能夠容易地獲得裂紋尖端半徑小于或等于15μm的足夠尖銳的裂紋。試驗前后宜通過顯微鏡檢查評估裂紋的質(zhì)量及裂紋尖端產(chǎn)生的損壞，并記錄?？紤]到這些材料中纖維所造成的高度磨損，需要定期檢查刀刃的鋒利程度。B.3斷裂起始點的識別按照9.1繪制力-位移曲線并根據(jù)曲線確定裂紋擴展起始點。除9.1中力-位移記錄的特征類型之外，含有短纖維的塑料經(jīng)常出現(xiàn)另一種情況：力信號中出現(xiàn)一個或多個如圖B.2所示的“突跳”(pop-in)。s——位移；B.4臨界尺寸和結(jié)果檢驗對于未填充塑料，只有當與材料屈服應力相關(guān)的裂紋尖端處形成的塑性區(qū)與試樣尺寸相比足夠小被完全識別是值得懷疑的。經(jīng)驗表明，對于這種材料，纖維含量在正常范圍內(nèi)(體積分數(shù)不小于10%),當試樣尺寸在本文件建議的范圍內(nèi)(見5.1)變化時，K和G?的結(jié)果是不變的，因此無須按9.4規(guī)定對(規(guī)范性)C.1SENB試驗的校正因子SENB試驗的校正因子計算見公式(C.1)～公式(C.4),0<a<1。表C.1SENB試驗(L/w=4)afφafφa——裂紋長度；w——試樣寬度。C.2CT試驗的校正因子CT試驗的校正因子計算見公式(C.5)～公式(C.8),0.2<a<0.8。A=(1.9118+19.118α-2.5122a2-23.226a3+20.B=(19.118-5.0244a-69.678a2+82.16a3a為0.05倍數(shù)的CT試驗的校正因子，見表C.2。表C.2CT試驗的校正因子afφ式中：a——裂紋長度；w——試樣寬度。推薦采用插值法。[1]GB/T2918塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標準環(huán)境[3]WilliamsJ.G.TestingProtocol[5]WilliamsJ.G.,&CawoodM.J.Polym.Test.1990,9:15[6]ASTMD5045-14Ene