复合材料纤维方向断裂韧性测试方法探索

熟悉Abaqus内嵌的二维hashin渐进失效模型的同学都知道，在判断损伤起始以后，需要依据材料的断裂韧性对刚度进行退化，如下图所示。

上述表格中的数据即为材料不同方向拉压开裂时的断裂韧性，在Hashin渐进失效模型中，四个断裂韧性的数值分别用于求解四个失效位移值，如下图所示。

以纤维方向拉断为例，Gft为纤维方向拉断对应的断裂韧性，XT为单向板0°方向的拉伸强度，根据这两项就可以推出其失效位移为：

一般的，对于基体的断裂韧性我们可以通过双悬臂梁实验（DCB实验，参见标准ASTM5528）来测得I型断裂韧性。或者通过ENF试验来测得II型断裂韧性。

DCB实验示意图

ENF实验示意图

目前在文献或者试验标准中看到的都是针对基体或者界面的测试方法，很少有人去测试垂直纤维方向断裂时的断裂韧性。

本文将简单介绍一下沿纤维方向断裂时的断裂韧性测试方法，文献中能够查找到的大多都是基于CT和CC试样，下图所示是拉伸断裂时的断裂韧性测试方法及建议的试件尺寸，其参考的试验标准是ASTM E399。

CT试样示意图

类似的，当测试压缩断裂韧性时，采用CC试样，其参考试验标准是ASTM E1820，如下图所示。

CC试样示意图

纤维方向开裂时的断裂韧性一般要远大于基体开裂时的断裂韧性，例如，文献中的纤维拉伸断裂韧性大约在50-150N/mm之间，而基体断裂韧性大约在0.2-1.5N/mm之间，相差可以达百倍。

上述实验在实际操作过程中是很容易失败的，因为基体强度很低，即使按照试验标准建议的尺寸加工试件，在测试时，有可能会出现裂纹90°拐折，导致测不出纤维拉断或压断时的断裂韧性，因此对试件的加工要求很高，感兴趣的可以尝试一下，国内测试这类数据的还是很少的。

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