摘 要

之前本文介紹了有關復合材料測試領域系列文章中介紹了復合材料壓縮性能、剪切性能、損傷容限、拉伸性能、沖擊后壓縮強度等測試方法。

本文主要介紹了復合材料能量釋放率的測試目的、常見測試類型和方法。

1、能量釋放率及其測試目的

能量釋放率（Energy release rates ）作為斷裂力學特征值在復合材料的表征中起著重要作用。該特征值被定義為在已知距離上傳播裂紋所需的每單位表面能量。測試結果得到的是描述層壓板裂紋擴展靈敏度的值。

在測量過程中，需要對負載應用的類型進行區分：

模式I：開裂（crack opening）

模式II：平面內剪切（in-plane shear）

模式III：橫向于層壓板平面的扭轉載荷（torsional loading transverse to the laminate plane）

其中，模式I中能量釋放率的測量是最常用的，ISO、ASTM和EN標準等中都有描述.ASTM描述了一種混合模式方法，它是模式I和模式II的組合，具有可變的模態比例。

2、模式I類型的測量

模式I能量釋放率通常用DCB（雙懸臂梁）試樣測量。這里使用的試樣在平面內方向上有一個裂紋，例如，在層壓過程中插入的塑料箔會產生裂紋。負載可以通過固定在縫隙中的負載塊、鉸鏈或特殊支架施加。

在試驗過程中，以十字頭行程測量裂紋開度，并通過試件腿變形量進行修正。引入的能量是通過變形測量力的積分來計算的。裂紋擴展在試件側面被直觀地記錄下來。

裂紋長度可由機器操作員手動計算，操作員可使用放大鏡查看試樣的標記面。為了更好地實現測量的可追溯性，使用了數字放大鏡，隨著裂紋的發展，放大鏡沿著試樣進行引導，并記錄測量的視頻。

該視頻與測試曲線逐幀同步，這意味著測試可以在完成后進行驗證，并在必要時進行校正。根據使用的標準不同，測試順序和評價也不同。

有關該測試的主要標準包括ISO 15024、ASTM D5528、AITM 1-0005、AITM 01-0053、波音BSS 7273、CRAG方法600、NASA方法RP 1092 ST-5、ESIS TC 4等。

3、模式II類型的測量

模式II載荷可在彎曲試驗和帶缺口試樣的拉伸和壓縮試驗中應用和測量。模式II能量釋放率的測量被標準化為彎曲試驗。彎曲試驗中產生的剪切應力用于擴展裂紋。

試樣用單端缺口彎曲（single end notch bending，SENB）表示，但端缺口彎曲度（end notch flexure，ENF）也是常用術語。撓度是通過十字頭行程（校正剛度）或使用一個位移傳感器中心連接進行測量的。

裂紋起裂點的特征是最大力。測量結束時，將試樣在液氮中冷卻，然后完全破碎，以測量斷裂表面。

4、混合模式彎曲（MMB）

混合模彎曲可以在單向層合板上測量。I型和II型相結合，其中末端加載支架的位置決定了I型和II型的對應比例。