雖然壓力為基礎的方法一直是研究的一個大量的主題，斷裂力學也是一個成熟的工具進行故障分析。由于復雜的失效模式和機制存在于聚合材料（以及許多幾何，物質的介入，而制造變量），聚合物'斷裂行為有更深的了解是必要的，以充分獲得他們的利益。
已經提出了許多試驗方法來確定斷裂韌性。雙懸臂梁試驗是最廣泛使用的方法，用于測量模式-I（開口）斷裂韌性。最終缺口彎曲已經成為最方便的模式II（剪切）一種類型的斷裂試驗。各種嘗試已經作出的混合模式加載條件，其中使用了多波束型標本下的斷裂韌性的特點。混合模式彎曲試樣相結合用于雙懸臂梁和最終缺口彎曲試驗，研究混合模式斷裂的計劃。然而，對于這些試驗方法是很難建立一個廣泛的混合模式的比率，這限制了它們的實用性。此外，不同的光束型樣品須在為了得到純模式-I，純模式-II和混合模式加載可靠的結果為斷裂韌性。因此，有必要開發其它的測試方法來評價下所有的面內載荷的混合模式的斷裂韌性。1
在這個研究中，我們提出一個新的裝載裝置的標本的混合模式斷裂試驗，它允許模式I和模式II裝載模式-I模式-II，和幾乎任何組合來使用相同的測試被測試試樣配置（見圖1）。2我們開發了這種配置，以產生在固體樣品，其中所述夾具和試樣切出一塊平板的平面應力的均勻狀態。因此，沒有接頭是必要的試樣和夾具之間。該裝置的主要部件是一個蝴蝶標本，其被插入在兩個半環形把手的兩側。夾具連接到一個萬能試驗機的頂部和底部。夾具連同蝴蝶標本，形成一個圓形盤具有兩個非對稱的切口。上夾具的外邊緣的縮放的位置提供了一系列負載角。試樣被拉開夾具夾持在一對上一個縮放的徑向線的兩側夾持的加載。通過改變加載角α，所有的混合模式條件下（從純模式-I開始到純模式-II）中，可以創建和測試。這是一個簡單的測試程序，夾緊/松開的標本是很容易做到的，只有一種類型的標本需要生成所有負載條件。可避免的前混合模式斷裂韌性測試方法的缺點。例如，新的固定裝置具有完美的對稱，它提供一個均勻的應力狀態，建立純平面應變條件，并消除不需要的模式- Ⅲ加載條件。
圖1。
新的裝載裝置，它允許模式-I模式-II，和模式I和模式II的負載量，用相同的試樣配置測試的幾乎任何組合的概述。
我們調查下的全方位使用新的裝載裝置，以便獲得更可靠的結果的面內載荷條件的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）的斷裂行為。新器件從單純的模式，我通過各種混合模式產生的負載條件下的I / II比值高達純模式-II，全部為同一試樣的幾何形狀。我們確定的模式-I，模式II，以及各種混合模式的I / II的臨界能量釋放率在不同載荷角度，從0°到90°，用實驗測量的臨界載荷。使用我們的有限元分析結果，無量綱應力強度因子被應用到試片。
表1中。
一般混合模式的臨界應變能釋放率? ç [ ? / 米2 ]。T：試樣的厚度。摹Ç：臨界應變能釋放率的模式，我（摹IC），模式二（摹IIC）和總應變釋放（摹TC）。
| 加載中角 | 0 ° | 45 ° | 90 ° | |
|---|---|---|---|---|
| 噸 =10毫米 | ?IC | 8800.3 | 5165.8 | - |
| ?IIC | - | 257.9 | 945.1 | |
| ?訓練班 | 8800.3 | 5423.8 | 945.1 | |
| 噸 =15毫米 | ?IC | 7946.5 | 5810.7 | - |
| ?IIC | - | 294.6 | 749.9 | |
| ?訓練班 | 7946.5 | 6105.4 | 749.9 | |
| 噸 =20毫米 | ?IC | 7813.2 | 4545.9 | - |
| ?IIC | - | 233.9 | 966.7 | |
| ?訓練班 | 7813.2 | 4779.8 | 966.7 |
我們曾與0.5mm/min的恒定位移速率斷裂試驗，并記錄斷裂載荷和位移。每個試驗至少重復3次，每次加載角和樣品的厚度。總體而言，我們在本次調查測試27標本。由試驗機產生的載荷-位移曲線被用來確定最大載荷和位移。我們發現，10mm的試樣的厚度滿足平面應變狀態，平均斷裂韌性≈4時32兆帕/米1/2在純模式我裝載和≈1.42MPa / M 1/2純模式-II的負荷。
計算出的臨界應變能釋放率? ç表明定量必須有多少能量投入試樣來創建斷口。表1示出了? 集成電路，? IIC和? TC = ? 集成電路 + ? IIC，從實驗數據獲得的。? 集成電路減小而? IIC增加而增加，模式-II裝載貢獻。在開模和剪切模臨界應變能釋放率被發現是大約8800.3J /米2和945.1J /米2為10mm的樣品的厚度，7946.5J /米2和749.9J /米2的樣品厚度為15mm，并且7813.2J /米2和966.7J /米2為20mm的樣品的厚度，分別為。它可以看出，? 集成電路相比是大? IIC，表明裂解樣品是更嚴厲的模式-I和較弱的模式-II裝載條件。總應變能量釋放率，? TC，各種載荷條件下，示于表1中。它減少與加載角度。結果證實，最大斷裂韌性發生在模式-I負荷條件。另外，可以看出的數量? 集成電路，? IIC和? ?在不同的厚度大致相同。因此，可以假定，10mm的試樣的厚度滿足平面應變條件，ABS，而不需要更厚的試樣。
在研究過程中，有幾個問題仍然超出了我們的工作范圍。用于評估模式-I，模式-II和ABS的混合模式斷裂行為的測試程序是一個混合模式加載裝置。試樣混合模式加載條件下提供對ABS樹脂的模式I和模式II的斷裂韌性的信息。為了延長斷裂行為的理解和更準確地確定一個故障準則適用于ABS，另外的測試應與其他試樣的幾何形狀進行。這些可以使用多種方法，包括雙懸臂梁，最終缺口彎曲，或混合模式彎曲測試來完成。ASTM標準Ë399和D 5045給予一定的指導，平面應變模式-I型斷裂韌性的金屬和塑料。沒有標準要求為線性彈性斷裂力學以及平面應變條件下與模式-II和混合模式加載條件的ABS測試的有效性存在。因此，可能有必要建立以探討混合模式負載條件下的角色量身定制的帶ABS的使用測試。我們的研究假設的ABS是均勻和線性彈性。然而，根據ABS的性能的試樣的各向異性的方向的影響不能被忽略。我們未來的工作應側重于使用的ABS材料彈塑性斷裂力學和將這一信息，以及各向異性的影響，為有限元模型研究替代方法。
阿布扎爾Es'hagi Oskui
技術高分子材料阿庫雷大學研究所
Naghdali Choupani
技術高分子材料阿庫雷大學研究所
Naghdali Choupani副教授，主管機械工程系。他的研究興趣包括斷裂力學，復合材料，粘接接頭和機械設計。
Elyas哈達迪
職業技術學院