人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试方法

摘要

本发明涉及人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试方法。目前还没有针对人工心瓣热解炭断裂韧性的测试方法。本发明方法首先将人工心瓣热解炭或其复合材料制备成多个紧凑拉伸C（T）样品，在每个样品上预制尖锐裂纹，样品按照美国ASTM标准E399推荐规格，中部加工缺口，缺口上下两端分别开设加载孔；然后用夹具分别夹住两个加载孔，并将引伸计架设在缺口的开放端上；启动加载平台施加匀速增大的向上载荷，直至样品断裂，确定每个样品断裂时临界载荷和有效裂纹长度，根据临界载荷和有效裂纹长度计算断裂韧性，取平均值作为人工心瓣热解炭或其复合材料的断裂韧性测试值。本发明方法可精确测定纯热解炭和热解炭复合材料的断裂韧性。

主权项

1. 人工心瓣热解炭及其复合材料断裂韧性测试方法，其特征在于该方法的具体步骤是：步骤(1).将待测试的人工心瓣热解炭或其复合材料制备成n个紧凑拉伸C（T）样品，然后在每个紧凑拉伸C（T）样品上预制尖锐裂纹，n≥3；所述紧凑拉伸C（T）样品按照美国ASTM标准E399推荐规格，样品为立方体，中部机制加工缺口，缺口上下两端分别开设加载孔，所述缺口为直通形缺口，一端开设在样品的侧面，另一端为尖端；应力作用有效宽度为W，所述的应力作用有效宽度为样品上位于同一表面的加载孔的中心与样品未开缺口端侧面的距离；样品的宽度为D，长度为L，厚度为B，缺口宽度为d，加载孔的孔径为Φ，加载孔的竖直中心线与缺口尖端的距离为a₀；W=18.8mm，a₀=4.8mm，D=1.25W，L=1.2W，B=0.5W，d=0.5W，Φ=0.25W；所述的尖锐裂纹贯通样品前后表面，其起点位于缺口尖端，尖锐裂纹长度为1.5～2.5mm；所述的尖锐裂纹长度为尖锐裂纹的两个端点在水平面上的投影距离； 步骤(2).每个样品用两个U型夹具分别夹住两个加载孔的两端，两根销轴分别穿过两个U型夹具的两个侧面和对应的加载孔，将U型夹具与样品固定连接；引伸计架设在缺口位于样品侧壁的开放端上，引伸计的两个引脚分别固定在缺口上、下的刀口处；样品上部的U型夹具的顶面中心竖直固定设置有加载杆，加载平台与加载杆连接；所述的加载平台可以对加载杆施加向上的载荷； 样品下部的U型夹具的底面中心竖直固定设置有固定杆，固定平台上开设通孔，固定杆穿过通孔活动设置，固定杆的下端部设置有限位销，限位销的尺寸大于通孔的孔径；步骤(3).启动加载平台，加载平台施加匀速增大的向上载荷，向上载荷的载荷速率为0.6～0.8 N/S，直至样品断裂；确定每个样品断裂时临界载荷P_q和有效裂纹长度a；记录每个样品不同时刻的施加载荷的大小和缺口开口量，直至样品断裂；根据不同时刻施加载荷的大小和缺口开口量，以0为原点、施加载荷P为纵坐标、缺口开口量为横坐标绘制曲线图；该曲线包括线性部分直线和非线性部分曲线，线性部分直线和非线性部分曲线的交汇处为点A，以0.95倍OA的斜率绘制由原点出发的直线，该直线与非线性部分曲线的交点为点B；取A点与B点之前的非线性部分曲线中纵坐标最大的点对应的施加载荷为该样品的临界载荷P_q；所述的有效裂纹长度a为每个样品断裂时尖锐裂纹长度的平均值，具体是在样品断裂面上将断面沿厚度分为m等分,取m-1个分隔面及两个端面的尖锐裂纹长度的平均值，m≥3；步骤(4).计算断裂韧性K_IC：若P_max/ P_q小于或等于1.1，按下式计算每个样品的材料断裂韧性K_IC，P_max为曲线图中的最大施加载荷；，式中；计算n个样品的材料断裂韧性K_IC的平均值，作为人工心瓣热解炭或其复合材料的断裂韧性测试值；若P_max/ P_q大于1.1，则重新测试。