CN103884610A - 一种复合材料ii型开裂门槛值与s-n曲线测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料疲劳性能测定方法，特别是复合材料II型开裂门槛值的测定。本方法采用恒载增K控制下的单端缺口弯曲(ENF)试样，并在若干应力水平下进行。试验过程中每隔一定循环记录试样的裂纹开裂长度a、试样挠度值δ_max及对应的载荷循环次数N。采用双增长指数函数拟合得到试样的a-N曲线，并进一步得到其da/dN-ΔG_II散点图，将不同应力水平下的da/dN-ΔG_II散点图叠加并拟合，即可得到全范围裂纹扩展da/dN-ΔG_II曲线，进而得到开裂门槛值。由于同组应力水平下层间最大应力恒定，因此本试验还可同时用于测定疲劳S-N曲线。同以往载荷控制下的降G法相比，该测定方法操作简便，获得的材料疲劳性能信息更多。

Description

一种复合材料II型开裂门槛值与S-N曲线测定方法

技术领域

本发明属于复合材料疲劳断裂试验测试技术，特别是涉及一种复合材料II型开裂门槛值与S-N曲线测定方法

背景技术

复合材料与传统金属材料相比，具有更高的比强度、比刚度，因而被越来越广泛地应用于结构轻量化设计中。然而复合材料结构存在的突出问题是在疲劳载荷作用下发生层间开裂。避免复合材料层间疲劳开裂发生的手段之一是将疲劳载荷控制在材料开裂门槛值以下，这就需要预先对开裂门槛值进行试验测定。

目前已知的复合材料层间疲劳开裂门槛值测定方法普遍采用位移控制下的降G法。采用该方法进行开裂门槛值测定时，需要根据单根试样裂纹的扩展量的增长而不断减小疲劳位移幅值，试验操作程序复杂。此外，该方法的局限性是裂纹层间应力随裂纹的扩展而变化，所得试样疲劳循环寿命数据不能进一步用于疲劳S-N曲线的拟合，造成疲劳试验信息的丢失。

因此，需要提出一种新的复合材料层间疲劳开裂门槛值测定方法。

本文中涉及的部分概念定义如下：

II型开裂定义：带裂纹构件，按其受力变形方式可分为三种基本类型，即张开型、滑开型和撕开型，也简称为第Ⅰ型、第Ⅱ型和第Ⅲ型，如图7所示。其中，在垂直于裂纹面的拉应力σ作用下，裂纹张开，称为“张开型”，标作Ⅰ型；在平行于裂纹面而垂直于裂纹尖端的剪应力τ作用下，裂纹平面内错开，称为“错开型”，标作Ⅱ型；在平行于裂纹面而且平行于裂纹尖端的剪应力τ的作用下，裂纹被撕开，称为“撕开型”，标作Ⅲ型。

交变载荷应力比R的定义：试验交变载荷最小应力与最大应力的比值。

应力强度因子变程ΔK定义：是最大应力强度因子与最小应力强度因子之差值。

疲劳裂纹扩展速率

定义：交变载荷每循环一次的疲劳裂纹扩展量。

门槛值ΔK_th定义：疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th是导致疲劳裂纹扩展的ΔK的下限值。也这就是说，在较大的ΔK作用下裂纹发生扩展，不断减小ΔK，裂纹扩展不断减慢，当ΔK下降到一定数值ΔK_th时，裂纹扩展停止。ΔK_th随材料状态而异，包接材料成分、冶炼方式、工艺规格、热处理制度等状态，同时与应力状态是平面应变还是平面应力有关，还与环境因素，如温度、湿度、介质有密切关系，当然，ΔK_th还是交变载荷的应力比R的函数。但是，试验研究结果表明，对于同一种材料状态，同样厚度、环境条件和应力比情况下，只要裂纹长度和韧带尺寸满足线弹性的要求，则ΔK_th与试样形状尺寸、裂纹长度无关，是一个材料常数。

在进行ΔK_th的试验测定时，要使裂纹“绝对”停止扩展是不可能的。因此，必须对裂纹停止扩展作一条件近似，即da/dN＝0；将ΔK_th实际定义为da/dN＝10^-7mm/cyc所对应的ΔK值，也就是说，用da/dN＝10^-7mm/cycle来近似da/dN＝0，这相当于用如图8所示中的ΔK′_th近似ΔK_th。由于da/dN＜10^-7mm/cycle时，lg(da/dN)-lgΔK曲线的斜率已经很高，所以，用ΔK′_th近似ΔK_th所引起的误差是相当小的。

门槛值ΔK_th用途如下：疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th在结构的损伤容限设计中具有重要的应用价值。对于一个在制造过程中产生了裂纹的构件来说，如果它在工作中承受交变载荷，那么，保证其安全工作的一种有效的保守方法是使其在使用载荷下裂纹尖端的ΔK值，小于材料在结构工作条件下的ΔK_th值。另外，ΔK_th可用于对承受交变载荷的构件进行材料和工艺选择，以提高构件在低ΔK下抵抗裂纹扩展的能力。ΔK_th还可以在简化裂纹扩展阶段的疲劳载荷谱时，用作舍弃小载荷的依据，以及用于过载迟滞效应的广义Wheeler模型与广义Willenberg模型。

门槛值ΔK_th数据来源过程如下：裂纹扩展门槛值ΔK_th是用于衡量裂纹是否发生扩展的应力强度因子变化范围的界限值，一般以裂纹扩展速率为da/dN=10^-7mm/cycle-10^-8mm/cycle对应的应力强度因子变化范围ΔK即接近裂纹扩展门槛值ΔK_th。该值可按以下方法确定，首先把由相同应力比的几个试样所测得的低速裂纹扩展速率（8×10^-8mm/cycle<da/dN<1×10^-6mm/cycle）与ΔK的数据，用线性回归方法，并以lg(da/dN)为拟合自变量，确定lg(da/dN)与lg(ΔK)之间的最佳拟合直线。然后，用上述拟合直线按断裂力学公式计算出da/dN=1×10^-7mm/cycle所对应的应力强度因子范围，即疲劳裂纹扩展门槛值。

S-N曲线的定义：材料或结构的疲劳特性通常采用S-N曲线描述，是结构承受疲劳载荷S及其在该疲劳载荷作用下发生疲劳破坏所经历的循环次数N的关系曲线，是结构疲劳设计、耐久性设计、缺陷容限设计与评定的重要依据。

发明内容

本发明的目的是：

本发明提供了一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，针对复合材料分层缺陷，本方法克服了目前降G法操作复杂，难以获得复合材料层间分层的扩展速率这一性能参数的技术难点。该发明处理除能够获得复合材料II开裂门槛值外，还可同时获得复合材料分层缺陷下的疲劳S-N曲线，达到复合材料断裂性能和疲劳性能测试目的。

本发明的技术方案是：

本发明测定方法的原理如下：采用恒载增G控制下的单端缺口弯曲(ENF)试样，并在若干应力水平下进行。试验过程中每隔一定循环记录试样的裂纹开裂长度a、试样挠度值δ_max及对应的载荷循环次数N。采用双增长指数函数拟合得到试样的a-N曲线，并进一步得到其da/dN-ΔG_II散点图，将不同应力水平下的da/dN-ΔG_II散点图叠加并拟合，即可得到全范围裂纹扩展da/dN-ΔG_II曲线，进而得到开裂门槛值。由于同组应力水平下层间最大应力恒定，因此本开裂门槛值测定方法还同时用于测定疲劳S-N曲线。

一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，本方法包括以下步骤：

第一步，试样制备，包括：

1.1制作M个试样毛坯，由纤维布和树脂通过模塑成型制作单端缺口弯曲试样，在试样一端的中面铺入聚四氟乙烯塑料薄膜得到预制裂纹，薄膜的厚度不大于0.05mm；在加工过程中保证试样长度L、宽度W方向的尺寸精度；对制备后的试样进行编号，编号为1-M；M>30；

1.2测量试样几何尺寸，采用游标卡尺测读试样四角处厚度值，并取四角处厚度平均值作为试样名义厚度；

1.3试样表面处理，处理方法为：

1.3.1采用金刚石研磨膏以及细砂纸对在试样双侧表面进行研磨处理，提高裂纹观测面光洁度；

1.3.2在试样双侧研磨面距裂纹预制端40mm至70mm范围内均匀涂以脆性涂料，并尽量确保涂料层表面平滑无凸起；

1.4试样裂纹预裂，对试样进行人工Ⅱ型预裂，具体方式为：

1.4.1在试样双侧距裂纹预制端45mm处划线；

1.4.2采用楔形刀片轻轻撬开试样裂纹预制段一角，并将裂纹预制端预先铺制的薄膜抽出；

1.4.3将楔形刀片沿试件宽度方向插入裂纹起始端，并将刀片慢慢向裂纹内部推入，期间应始终保持刀刃与试件宽度方向平行，使裂纹扩展5mm左右；

1.5裂纹初始长度测量，采用能够清晰观测到裂纹尖端的放大倍数的移测光学显微镜对试样双侧裂纹开裂面进行裂纹初始长度的测量；

第二步，试样加载，包括：

2.1加载设备为：包括加载头和两个支座的三点弯曲夹头，加载头位于两个支座中间并与支座平行，试样的长度方向与支座和加载头垂直；

加载方案为：采用不同应力水平下的恒载增G控制载荷，载荷波形为正弦波，应力比R为0.1，频率f小于10Hz；每组应力水平下的试样数应不少于3件；

2.2采用逐级降载法对上述各个应力水平组的试样进行疲劳分层试验；

2.3取第一组峰值疲劳载荷为试样静破坏载荷的80%，此后每组疲劳载荷峰值为试样静破坏载荷的[80%-（n-1）*A],其中，n为组的序数,A的取值范围为5%到10%；

对所有试样启动载荷，每循环次数N为5000至10000次时卸载，取下试样并测量裂纹长度a以及对应挠度值δ，再次加载，如此反复，直至裂纹开裂至25mm；

第三步，数据处理：对上一步得到的数据进行处理，可分别得到da/dN-ΔG_II拟合曲线（如图3、图5所示）、S-N拟合曲线（如图4、图6所示），da/dN-ΔG_II拟合曲线存在明显的转折点，取该点对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th；

3.1对a-N曲线进行拟合，拟合函数选用双增长指数函数，其函数表达式如下：

$a={C_{1}e}^{C_{2}N}+{C_{3}e}^{C_{4}N}$

其中，C1，C2，C3，C4为待定常数，可根据最小二乘法拟合求得；

3.2对a-N拟合曲线求导，即可得到给定循环次数N下裂纹开裂速率da/dN；

开裂门槛值可根据da/dN-ΔG_II拟合曲线获得；

3.3计算单次循环下裂纹开裂的能量释放率ΔG_II，其计算公式如下：

${\mathrm{\&Delta;G}}_{\mathrm{II}}=\frac{{9a}^2{P}_{\max }{\mathrm{\&delta;}}_{\max }\left({1-R}^2\right)}{2w({2L}^3+{3a}^3)}$

其中，P_max，δ_max分别为单次循环下疲劳载荷峰值及试样挠度最大值；

3.4对da/dN-ΔG_II散点数据进行曲线拟合，拟合函数采用Paris模型，其函数表达式如下：

da/dN=AΔG_II ^m

其中A，m为待定参数，可根据最小二乘法拟合求得；

3.5根据拟合得到的da/dN-ΔG_II曲线，可以对开裂门槛值ΔG_II th进行判定，双对数坐标下，如果拟合曲线由两段折线组成，则以两段折线转折处对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II t；如果拟合曲线不存在明显的转折点，则以da/dN=10^-6mm/cycle对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th；

3.6S-N曲线的拟合采用三参数幂函数法，其函数表达式如下：

(S_max-S₀)^mN=C

其中m，S₀，C为待定常数，可根据最小二乘法拟合求得；

S_max为复合材料开裂面最大剪切应力，可根据工程梁理论获得，且其表达式为：

${\mathrm{\&tau;}}_{\max }=S_{\max }=\frac{{3P}_{\max }}{8\mathrm{wh}}.$

1.3.2中所述的脆性涂料为白色。

1.3.2中所述的为色脆性涂料由二氧化钛粉末与甲基环已烷溶剂调制而成。

1.5中所述的移测光学显微镜的放大倍数至少为10倍。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是简化了复合材料开裂门槛值测定方法，同时还能够用于测定S-N曲线，节省了试验成本。

附图说明

图1为本试验测定方法用到的试样几何尺寸。

图2为本试验测定方法用到的试验夹头。

图3为本说明书实施例一中复合材料蒙皮试样daMN-ΔG_II拟合曲线。

图4为本说明书实施例一中复合材料蒙皮试样S-N拟合曲线。

图5为本说明书实施例一中复合材料大梁带试样da/dN-ΔG_II拟合曲线。

图6为本说明书实施例一中复合材料大梁带试样S-N拟合曲线。

图7为背景技术中裂纹的三种基本类型。

图8为背景技术中断裂门槛值ΔK_th的定义。

具体实施方式

一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，本方法包括以下步骤：

第一步，试样制备，包括：

1.1制作30个试样毛坯，由纤维布和树脂通过模塑成型制作单端缺口弯曲试样，在试样一端的中面铺入聚四氟乙烯塑料薄膜得到预制裂纹，薄膜的厚度不大于0.05mm；在加工过程中保证试样长度L、宽度W方向的尺寸精度；对制备后的试样进行编号，编号为1-30；

1.2测量试样几何尺寸，采用游标卡尺测读试样四角处厚度值，并取四角处厚度平均值作为试样名义厚度；

1.3试样表面处理，处理方法为：

1.3.1采用金刚石研磨膏以及细砂纸对在试样双侧表面进行研磨处理，提高裂纹观测面光洁度；

1.3.2在试样双侧研磨面距裂纹预制端40mm至70mm范围内均匀涂以白色脆性涂料，白色脆性涂料由二氧化钛粉末与甲基环已烷溶剂调制而成，并尽量确保涂料层表面平滑无凸起；

1.4试样裂纹预裂，对试样进行人工Ⅱ型预裂，具体方式为：

1.4.1在试样双侧距裂纹预制端45mm处划线；

1.4.2采用楔形刀片轻轻撬开试样裂纹预制段一角，并将裂纹预制端预先铺制的薄膜抽出；

1.4.3将楔形刀片沿试件宽度方向插入裂纹起始端，并将刀片慢慢向裂纹内部推入，期间应始终保持刀刃与试件宽度方向平行，使裂纹扩展5mm左右；

1.5裂纹初始长度测量，采用放大倍数为10倍的移测光学显微镜对试样双侧裂纹开裂面进行裂纹初始长度的测量；

第二步，试样加载，包括：

2.1加载设备为：包括加载头和两个支座的三点弯曲夹头，加载头位于两个支座中间并与支座平行，试样的长度方向与支座和加载头垂直；

加载方案为：采用不同应力水平下的恒载增G控制载荷，载荷波形为正弦波，应力比R为0.1，频率f小于10Hz；每组应力水平下的试样数应不少于3件；

2.2采用逐级降载法对上述各个应力水平组的试样进行疲劳分层试验；

2.3取第一组峰值疲劳载荷为试样静破坏载荷的80%，此后每组疲劳载荷峰值为试样静破坏载荷的[80%-（n-1）*A],其中，n为组的序数,A的取值范围为5%到10%；

对所有试样启动载荷，每循环次数N为5000至10000次时卸载，取下试样并测量裂纹长度a以及对应挠度值δ，再次加载，如此反复，直至裂纹开裂至25mm；

第三步，数据处理：对上一步得到的数据进行处理，可分别得到dad/N-ΔG_II拟合曲线（如图3、图5所示）、S-N拟合曲线（如图4、图6所示），da/dN-ΔG_II拟合曲线存在明显的转折点，取该点对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th；

3.1对a-N曲线进行拟合，拟合函数选用双增长指数函数，其函数表达式如下：

$a={C_{1}e}^{C_{2}N}+{C_{3}e}^{C_{4}N}$

其中，C1，C2，C3，C4为待定常数，可根据最小二乘法拟合求得；

3.2对a-N拟合曲线求导，即可得到给定循环次数N下裂纹开裂速率da/dN；

开裂门槛值可根据da/dN-ΔG_II拟合曲线获得；

3.3计算单次循环下裂纹开裂的能量释放率ΔG_II，其计算公式如下：

${\mathrm{\&Delta;G}}_{\mathrm{II}}=\frac{{9a}^2{P}_{\max }{\mathrm{\&delta;}}_{\max }\left({1-R}^2\right)}{2w({2L}^3+{3a}^3)}$

其中，P_max，δ_max分别为单次循环下疲劳载荷峰值及试样挠度最大值；

3.4对da/dN-ΔG_II散点数据进行曲线拟合，拟合函数采用Paris模型，其函数表达式如下：

da/dN=AΔG_II ^m

其中A，m为待定参数，可根据最小二乘法拟合求得；

3.5根据拟合得到的da/dN-ΔG_II曲线，可以对开裂门槛值ΔG_II th进行判定，双对数坐标下，如果拟合曲线由两段折线组成，则以两段折线转折处对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II t；如果拟合曲线不存在明显的转折点，则以da/dN=10^-6mm/cycle对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th；

3.6S-N曲线的拟合采用三参数幂函数法，其函数表达式如下：

(S_max-S₀)^mN=C

其中m，S₀，C为待定常数，可根据最小二乘法拟合求得；

S_max为复合材料开裂面最大剪切应力，可根据工程梁理论获得，且其表达式为：

${\mathrm{\&tau;}}_{\max }=S_{\max }=\frac{{3P}_{\max }}{8\mathrm{wh}}.$

下面结合两个复合材料试样实施例及附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一碳纤维蒙皮试样开裂门槛值、S-N曲线测定方法，

第一步：1.1随机抽取30件试样并进行编号；

1.2试样几何尺寸测量。采用游标卡尺测读试样四角处厚度值，并取四角处厚度平均值作为试样名义厚度。本例中，试样长度、宽度方向尺寸精度在加工过程中得以保证，因而试验中无需再次测量；

1.3试样表面处理。蒙皮试样呈黑色不透明状，难以对其进行直接裂纹观测，因而需要对进行裂纹观测面处理。处理方法为：首先采用金刚石研磨膏以及细砂纸对在蒙皮试样双侧表面进行研磨处理，以提高裂纹观测面的光洁度；其次，在试样双侧研磨面距裂纹预制端40mm至70mm范围内均匀涂以白色脆性涂料，并尽量确涂料层表面平滑无凸起。本例中选用的白色脆性涂料由二氧化钛粉末与甲基环已烷溶剂按照一定比例调制而成，也可采用其他脆性涂料进行表面处理；

1.4试样裂纹预裂。对试样进行人工Ⅱ型预裂，具体方式为：首先，在试样双侧距裂纹预制端45mm处划线；其次，采用楔形刀片轻轻撬开试样裂纹预制段一角，并将裂纹预制端预先铺制的薄膜抽出；最后，将楔形刀片沿试件宽度方向插入裂纹起始端，并将刀片慢慢向裂纹内部推入，应始终保持刀刃与试件宽度方向平行，使裂纹扩展5mm左右；

1.5裂纹初始长度测量。采用10倍移测光学显微镜对试样双侧裂纹开裂面进行裂纹长度初始长度的测量。本步中移测光学显微镜也可采用其它放大倍数，以能够清晰观测到裂纹尖端为准；

第二步：试样加载。疲劳载荷选用正弦波形，在电脑终端设置应力比R和频率f分别为0.1、5Hz。采用逐级降载法将每种试样分为若干应力水平组进行疲劳分层试验，每组疲劳载荷下试样数为4至6件。取第一组峰值疲劳载荷为试样静破坏载荷的80%，此后每组疲劳载荷峰值下降静破坏载荷的5%到10%。启动载荷，每循环5000至10000次卸载，取下试样并测量裂纹长度以及对应挠度值，再次加载，如此反复，直至裂纹开裂25mm左右；

第三步：数据处理。根据前述数据处理方法可分别得到da/dN-ΔG_II拟合曲线（如图3所示）、S-N拟合曲线（如图4所示）。拟合曲线存在明显的转折点，取该点对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th，其值为0.17kJ/m2。

实施例二玻璃纤维大梁带试样开裂门槛值、S-N曲线测定方法

第一步：1.1随机抽取30件玻璃纤维大梁带试样并进行编号；

1.2试样几何尺寸测量。采用游标卡尺测读试样四角处厚度值，并取四角处厚度平均值作为试样名义厚度。本例中，试样长度、宽度方向尺寸精度在加工过程中得以保证，因而试验中无需再次测量；

1.3试样表面处理。大梁带试样材料呈半透明，可直接在显微镜下进行裂纹观测，无需按照实例一进行表面处理；

1.4试样裂纹预裂。对试样进行人工Ⅱ型预裂，具体方式为：首先，在试样双侧距裂纹预制端45mm处划线；其次，采用楔形刀片轻轻撬开试样裂纹预制段一角，并将裂纹预制端预先铺制的薄膜抽出；最后，将楔形刀片沿试件宽度方向插入裂纹起始端，并将刀片慢慢向裂纹内部推入(期间应始终保持刀刃与试件宽度方向平行)，使裂纹扩展5mm左右；

1.5裂纹初始长度测量。采用10倍移测光学显微镜对试样双侧裂纹开裂面进行裂纹长度初始长度的测量。本步中移测光学显微镜也可采用其它放大倍数，以能够清晰观测到裂纹尖端为准；

第二步：试样加载。疲劳载荷选用正弦波形，在电脑终端设置应力比R和频率f分别为0.1、5Hz。采用逐级降载法将每种试样分为若干应力水平组进行疲劳分层试验，每组疲劳载荷下试样数为4至6件。取第一组峰值疲劳载荷为试样静破坏载荷的80%，此后每组疲劳载荷峰值下降静破坏载荷的5%到10%。启动载荷，每循环5000至10000次卸载，取下试样并测量裂纹长度以及对应挠度值，再次加载，如此反复，直至裂纹开裂25mm左右；

第三步：数据处理。根据前述数据处理方法可分别得到da/dN-ΔG_II拟合曲线（如图5所示）、S-N拟合曲线（如图6所示）。拟合曲线不存在明显的转折点，da/dN=10^-6mm/cycle对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th，其值为0.19kJ/m2。

Claims (4)

1.一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，其特征是，本方法包括以下步骤：

第一步，试样制备，包括：

1.1制作M个试样毛坯，由纤维布和树脂通过模塑成型制作单端缺口弯曲试样，在试样一端的中面铺入聚四氟乙烯塑料薄膜得到预制裂纹，薄膜的厚度不大于0.05mm；在加工过程中保证试样长度L、宽度W方向的尺寸精度；对制备后的试样进行编号，编号为1-M；M>30；

1.2测量试样几何尺寸，采用游标卡尺测读试样四角处厚度值，并取四角处厚度平均值作为试样名义厚度；

1.3试样表面处理，处理方法为：

1.3.1采用金刚石研磨膏以及细砂纸对在试样双侧表面进行研磨处理，提高裂纹观测面光洁度；

1.3.2在试样双侧研磨面距裂纹预制端40mm至70mm范围内均匀涂以脆性涂料，并尽量确保涂料层表面平滑无凸起；

1.4试样裂纹预裂，对试样进行人工Ⅱ型预裂，具体方式为：

1.4.1在试样双侧距裂纹预制端45mm处划线；

1.4.2采用楔形刀片轻轻撬开试样裂纹预制段一角，并将裂纹预制端预先铺制的薄膜抽出；

1.4.3将楔形刀片沿试件宽度方向插入裂纹起始端，并将刀片慢慢向裂纹内部推入，期间应始终保持刀刃与试件宽度方向平行，使裂纹扩展5mm左右；

1.5裂纹初始长度测量，采用能够清晰观测到裂纹尖端的放大倍数的移测光学显微镜对试样双侧裂纹开裂面进行裂纹初始长度的测量；

第二步，试样加载，包括：

2.1加载设备为：包括加载头和两个支座的三点弯曲夹头，加载头位于两个支座中间并与支座平行，试样的长度方向与支座和加载头垂直；

加载方案为：采用不同应力水平下的恒载增G控制载荷，载荷波形为正弦波，应力比R为0.1，频率f小于10Hz；每组应力水平下的试样数应不少于3件；

2.2采用逐级降载法对上述各个应力水平组的试样进行疲劳分层试验；

2.3取第一组峰值疲劳载荷为试样静破坏载荷的80%，此后每组疲劳载荷峰值为试样静破坏载荷的[80%-（n-1）*A],其中，n为组的序数,A的取值范围为5%到10%；

对所有试样启动载荷，每循环次数N为5000至10000次时卸载，取下试样并测量裂纹长度a以及对应挠度值δ，再次加载，如此反复，直至裂纹开裂至25mm；

第三步，数据处理：对上一步得到的数据进行处理，可分别得到da/dN-ΔG_II拟合曲线（如图3、图5所示）、S-N拟合曲线（如图4、图6所示），da/dN-ΔG_II拟合曲线存在明显的转折点，取该点对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th；

3.1对a-N曲线进行拟合，拟合函数选用双增长指数函数，其函数表达式如下：

$a={C_{1}e}^{C_{2}N}+{C_{3}e}^{C_{4}N}$

其中，C1，C2，C3，C4为待定常数，可根据最小二乘法拟合求得；

3.2对a-N拟合曲线求导，即可得到给定循环次数N下裂纹开裂速率da/dN；

开裂门槛值可根据da/dN-ΔG_II拟合曲线获得；

3.3计算单次循环下裂纹开裂的能量释放率ΔG_II，其计算公式如下：

${\mathrm{\&Delta;G}}_{\mathrm{II}}=\frac{{9a}^2{p}_{\max }{\mathrm{\&delta;}}_{\max }\left({1-R}^2\right)}{2w({2L}^3+{3a}^3)}$

其中，P_max，δ_max分别为单次循环下疲劳载荷峰值及试样挠度最大值；

3.4对da/dN-ΔG_II散点数据进行曲线拟合，拟合函数采用Paris模型，其函数表达式如下：

da/dN=AΔG_II ^m

其中A，m为待定参数，可根据最小二乘法拟合求得；

3.5根据拟合得到的da/dN-ΔG_II曲线，可以对开裂门槛值ΔG_II th进行判定，双对数坐标下，如果拟合曲线由两段折线组成，则以两段折线转折处对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_IIt；如果拟合曲线不存在明显的转折点，则以da/dN=10^-6mm/cycle对应的ΔG_II值作为开裂门槛值ΔG_II th；

3.6S-N曲线的拟合采用三参数幂函数法，其函数表达式如下：

(S_max-S₀)^mN=C

其中m，S₀，C为待定常数，可根据最小二乘法拟合求得；

S_max为复合材料开裂面最大剪切应力，可根据工程梁理论获得，且其表达式为：

${\mathrm{\&tau;}}_{\max }=S_{\max }=\frac{{3P}_{\max }}{8\mathrm{wh}}.$

2.如权利要求1所述的一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，其特征是，1.3.2中所述的脆性涂料为白色。

3.如权利要求2所述的一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，其特征是，1.3.2中所述的为色脆性涂料由二氧化钛粉末与甲基环已烷溶剂调制而成。

4.如权利要求1所述的一种复合材料II型开裂门槛值测定方法，其特征是，1.5中所述的移测光学显微镜的放大倍数至少为10倍。

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