单向纤维增强塑料板材Ⅰ型层间断裂韧性试验方法

如能提高断裂韧性，就能提高材料的抗脆断能力。因此必须了解断裂韧性是受哪些因素控制的。影响断裂韧性的高低，有外部因素，也有内部因素。

外部因素

外部因素包括板材或构件截面的尺寸、服役条件下的温度和应变速率等。

材料的断裂韧性随着板材或构件截面尺寸的增加而逐渐减小，最后趋于一稳定的最低值，即平面应变断裂韧性K_IC。这是一个从平面应力状态向平面应变状态的转化过程。

断裂韧性随温度的变化关系和冲击韧性的变化相类似。随着温度的降低，断裂韧性可以有一急剧降低的温度范围，低于此温度范围，断裂韧性趋于一数值很低的下平台，温度再降低也不大改变了。

关于材料在高温下的断裂韧性，Hahn和Rosenfied提出了以下经验公式：

σ_s——高温下材料的屈服应力，MPa；

ε_f——高温下单向拉伸时的断裂真应变，

Ψ——高温下单向拉伸时的断面收缩率。

应变速率的影响和温度的影响相似。增加应变速率和降低温度的影响是一致的。

内部因素

内部因素有材料成分和内部组织。作为材料成分与内部组织因素的综合，材料强度是一宏观表现。从力学上而不是冶金学的角度，人们总是首先从材料的强度变化出发来探讨断裂韧性的高低。只要知道材料强度，就可大致推断材料的断裂韧性。图1为AISI 4340（40CrNiMo）钢的断裂韧性和经淬火、回火热处理成不同屈服强度后的相互关系。可见，断裂韧性是随材料屈服强度的降低而不断升高的。这一试验结果是有代表性的，大多数低合金钢均有此变化规律。即使像马氏体时效钢（18Ni）也是如此，只不过同样强度下断裂韧性值较高些而已。

在断裂韧性的测定中，有三个阶段，在第一阶段里，FPZ逐渐形成，应力强度因子K_I值将会单调增加；在第二阶段里，裂纹发生稳定扩展；然后在第三阶段，出现了K_I值的突然减少到K_IC值。对于这种现象的一种可能解释是数值方法的固有假定所至。在有限元标定中假定了理想的线弹性系统，但随着实验的进行，此假定却进一步失去正确性。因为有限裂纹长度增加，可以观察到大的残余CMOD。这个影响，在实验开始时可以忽略，但到实验的后期此影响是相当大的。

一般地，仅仅第二阶段时的断裂韧性值可以作为静力分析时用。它们的平均值总结于下表中。从表中，我们可以观察到如下现象：

①上面的表中所列的相对偏差都在范围20%以内，断裂韧性的客观值与试件的尺寸无关，并可以获得；

②基于水平方向上的相对误差，也可发现断裂韧性与MSA的尺寸无关；

③这些结果是在无限制条件的实验室里得到的，对于限制应力对断裂韧性的影响可见1990年Saouma等人的研究结果。