摘 要

之前本文介绍了有关复合材料测试领域系列文章中介绍了复合材料压缩性能、剪切性能、损伤容限、拉伸性能、冲击后压缩强度等测试方法。

本文主要介绍了复合材料能量释放率的测试目的、常见测试类型和方法。

1、能量释放率及其测试目的

能量释放率（Energy release rates ）作为断裂力学特征值在复合材料的表征中起着重要作用。该特征值被定义为在已知距离上传播裂纹所需的每单位表面能量。测试结果得到的是描述层压板裂纹扩展灵敏度的值。

在测量过程中，需要对负载应用的类型进行区分：

模式I：开裂（crack opening）

模式II：平面内剪切（in-plane shear）

模式III：横向于层压板平面的扭转载荷（torsional loading transverse to the laminate plane）

其中，模式I中能量释放率的测量是最常用的，ISO、ASTM和EN标准等中都有描述.ASTM描述了一种混合模式方法，它是模式I和模式II的组合，具有可变的模态比例。

2、模式I类型的测量

模式I能量释放率通常用DCB（双悬臂梁）试样测量。这里使用的试样在平面内方向上有一个裂纹，例如，在层压过程中插入的塑料箔会产生裂纹。负载可以通过固定在缝隙中的负载块、铰链或特殊支架施加。

在试验过程中，以十字头行程测量裂纹开度，并通过试件腿变形量进行修正。引入的能量是通过变形测量力的积分来计算的。裂纹扩展在试件侧面被直观地记录下来。

裂纹长度可由机器操作员手动计算，操作员可使用放大镜查看试样的标记面。为了更好地实现测量的可追溯性，使用了数字放大镜，随着裂纹的发展，放大镜沿着试样进行引导，并记录测量的视频。

该视频与测试曲线逐帧同步，这意味着测试可以在完成后进行验证，并在必要时进行校正。根据使用的标准不同，测试顺序和评价也不同。

有关该测试的主要标准包括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类型的测量

模式II载荷可在弯曲试验和带缺口试样的拉伸和压缩试验中应用和测量。模式II能量释放率的测量被标准化为弯曲试验。弯曲试验中产生的剪切应力用于扩展裂纹。

试样用单端缺口弯曲（single end notch bending，SENB）表示，但端缺口弯曲度（end notch flexure，ENF）也是常用术语。挠度是通过十字头行程（校正刚度）或使用一个位移传感器中心连接进行测量的。

裂纹起裂点的特征是最大力。测量结束时，将试样在液氮中冷却，然后完全破碎，以测量断裂表面。

4、混合模式弯曲（MMB）

混合模弯曲可以在单向层合板上测量。I型和II型相结合，其中末端加载支架的位置决定了I型和II型的对应比例。