CN109738289A - 一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法 - Google Patents

一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109738289A
CN109738289A CN201910147948.2A CN201910147948A CN109738289A CN 109738289 A CN109738289 A CN 109738289A CN 201910147948 A CN201910147948 A CN 201910147948A CN 109738289 A CN109738289 A CN 109738289A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fracture toughness
sample
superconducting tape
type
enhancement layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910147948.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109738289B (zh
Inventor
高配峰
王淑丹
耿鑫
关明智
王省哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou University
Original Assignee
Lanzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou University filed Critical Lanzhou University
Priority to CN201910147948.2A priority Critical patent/CN109738289B/zh
Publication of CN109738289A publication Critical patent/CN109738289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109738289B publication Critical patent/CN109738289B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明提供了一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，包括如下步骤：(1)在超导带材的两侧固化厚度远大于其的加强层，形成复合梁结构并作为待测试样；(2)在试样长度方向窄边一侧涂覆散斑；(3)在试样超导带材的一端切割出初始裂纹，然后将试样加载于拉伸机上，将CCD相机对准试样涂覆散斑的一侧；(4)分别开展Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂实验；(5)运用数字图像相关方法，计算得到试样的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性，该结果即为超导带材的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性。本发明通过在超导带材的两侧增加厚度远大于其的加强层，可使得超导带材能够使用常规实验方法测定其断裂韧性，而且实验方法简单，准确度高。

Description

一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法
技术领域
本发明属于超导带材实验技术领域，涉及一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法。
背景技术
二代高温超导带材为典型的层合复合材料，层间界面剥离经常发生，严重影响带材的使用。由于二代高温超导带材厚度很薄(厚度约0.1mm左右)，并且沿材料厚度方向呈非对称结构，这样的结构特征导致超导材料的变形特征尤其是变形过程中裂纹尖端难以被捕捉。另外，由于超导带材很薄，导致传统的复合材料界面断裂韧性测试方法很难对其进行测试。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种易于测试且测试精度高的二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，包括如下步骤：
(1)在超导带材的两侧固化厚度远大于其的加强层，形成复合梁结构并作为待测试样，且超导带材两侧的加强层具有相同厚度、加强层的长度与超导带材相同；
(2)将试样的侧面打磨平整并擦拭干净，然后在其长度方向窄边一侧涂覆散斑；
(3)在试样超导带材的一端上切割出初始裂纹，然后将试样加载于拉伸机上，将CCD相机在垂直方向上对准试样涂覆散斑的一侧；
(4)分别开展Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂实验；
(5)获取拉伸机加载数据和CCD相机图像数据，运用数字图像相关方法，确定裂纹尖端位置与拉伸机载荷关系，根据断裂韧性计算公式计算得到试样的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性，该结果即为超导带材的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性。
进一步地，步骤(1)中，单侧加强层厚度为超导带材厚度的10-30倍。
进一步地，步骤(1)中，所述加强层的材料可选择环氧树脂、无氧铜或不锈钢。
进一步地，步骤(4)中，采用双悬臂梁拉伸实验方法测定试样的Ⅰ型层间断裂韧性。
进一步地，步骤(4)中，采用三点弯曲实验方法测定试样的Ⅱ型层间断裂韧性。
本发明中，因构造的复合梁结构的试样其厚度远大于超导带材，使得试样的抗弯刚度远大于超导带材，从而在实验加载过程中，超导带材引起的变形能量计算误差可以忽略不计。另一方面，由于超导带材界面非常脆弱，尤其对于已经预置初始裂纹的试样，非常容易就发生界面开裂，因此测试的裂纹弯曲来自超导层，所以可以用本发明方法测定超导带材的断裂韧性。
以单侧加强层厚度为超导带材的10倍为例，根据矩形截面惯性矩计算公式I＝Wh3/12，其中，W为梁截面宽度，h为梁截面厚度，因所构造的复合梁结构试样的总厚度约是超导带材的20倍，即h约是超导带材的20倍，则试样的矩形截面惯性矩约为超导带材的203倍。对于抗弯刚度EI(其中E为弹性模量)，按加强层材料中弹性模量最低的环氧树脂计算，环氧树脂的弹性模量约为超导带材的1/50，代入计算可得：复合梁结构试样的抗弯刚度约为超导带材的203/50倍，依然远大于超导带材，故可以不考虑加强层对超导带材断裂韧性测量的影响。
综上，本发明的有益效果在于：本发明通过在超导带材的两侧增加厚度远大于超导带材的加强层，可使得超导带材能够使用常规实验方法测定其断裂韧性即材料临界能量释放率；采用数字图像相关方法进行数据获取，进一步减少了外界条件对测量的影响，保证了实验准确度；测量方法简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明固化加强层后的试样结构示意图；
图2为本发明试样进行Ⅰ型层间断裂实验的加载示意图；
图3为本发明试样进行Ⅱ型层间断裂实验的加载示意图；
图4为CCD相机的设置示意图；
图5为采用双悬臂梁实验方法测定试样Ⅰ型层间断裂韧性的原理图；
图6为采用三点弯曲实验方法测定试样Ⅱ型层间断裂韧性的原理图；
图中，1-超导带材，2-加强层，3-拉伸机，4-拉伸机连杆，5-CCD相机，6-初始裂纹，7-底板，8-支座。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明方案进行进一步说明。
一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，包括如下步骤：
(1)如图1所示，在超导带材1的两侧固化厚度远大于其的加强层2，形成复合梁结构并作为待测试样，单侧加强层2厚度优选为超导带材1厚度的10-30倍，且超导带材1两侧的加强层2具有相同厚度，加强层2的长度与超导带材1相同；加强层2的材料可选择环氧树脂、无氧铜或不锈钢，并可使用高强度胶水进行粘接固化，当选择无氧铜或不锈钢作为加强层时，也可使用超导材料专用焊锡进行焊接；
(2)将试样的侧面打磨平整并擦拭干净，然后在其长度方向窄边一侧涂覆散斑，具体涂覆过程为：用白色哑光漆均匀喷涂在试样长度方向窄边一侧，获得白色背景，待白色哑光漆晾干后，在距离试样喷涂白色哑光漆一侧的适当位置处，使用黑色哑光漆自上而下喷洒，使黑色哑光漆颗粒自然掉落在试样表面，形成随机散斑；
(3)在试样超导带材1的一端切割出初始裂纹6，然后将试样加载于拉伸机3上，将CCD相机5在垂直方向上对准试样涂覆散斑的一侧且使CCD相机5对应试样正中位置(如图2和3所示)；
(4)分别开展Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂实验；
(5)获取拉伸机加载数据和CCD相机图像数据，运用数字图像相关方法(DIC)，确定裂纹尖端位置与拉伸机载荷关系，计算得到试样的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性，该结果即为超导带材的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性；数字图像相关方法的具体过程如下：
拉伸机加载载荷前，CCD相机首先采集一张静止状态下的图像作为参考图像，开始加载后，CCD相机按固定频率如5Hz采集频率开始拍照，然后运用图像处理算法对断裂裂纹扩展长度进行计算，具体方法可参考：陈静静.基于高速DIC方法的脆性材料动态力学性能研究[D].北京理工大学,2014。
本发明中，Ⅰ型层间断裂实验采用双悬臂梁实验方法(DCB)，其加载方式如图2和5所示；Ⅱ型层间断裂实验采用三点弯曲实验方法(3ENF)，其加载方式如图4和6所示。其中：
(一)Ⅰ型界面断裂韧性的计算过程如下：
根据简支梁理论：
式中，C为试样柔度，P是加载力，δ是加载点的位移，二者可以通过拉伸机程序获得；W是试样宽度，a是数字图像相关方法(DIC)测量得到的裂纹扩展长度，h是试样厚度，E是试样弹性模量，Δ是拉伸夹具造成的测量误差，柔度C的立方根作为裂纹长度a的函数，可以据此拟合得到Δ。图5中，a0是试样的初始裂纹长度。
线弹性断裂力学测试中临界能量释放率的表达式为：
进而可得到试样的Ⅰ型界面断裂韧性G1C如下：
(二)试样的Ⅱ型界面断裂韧性GⅡC计算过程如下：
首先，由Russell与Street的ENF方程可知：
由式(3)与式(5)可以得到试样的Ⅱ型界面断裂韧性GⅡC为
式中，C为试样柔度，2L是试样进行三点弯曲实验的跨度，W是试样宽度，a是试样裂纹扩展长度，Ef是试样弯曲模量，P是加载力，δ是加载点的位移，h是试样厚度。图6中，a0是试样的初始裂纹长度。
Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂实验的具体过程还可参见：黄恺.Z-pin增强碳纤维/树脂基复合材料黏结结构Ⅰ+Ⅱ型混合断裂韧性研究[D].西安建筑科技大学,2016.

Claims (5)

1.一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在超导带材的两侧固化厚度远大于其的加强层，形成复合梁结构并作为待测试样，且超导带材两侧的加强层具有相同厚度、加强层的长度与超导带材相同；
(2)将试样的侧面打磨平整并擦拭干净，然后在其长度方向窄边一侧涂覆散斑；
(3)在试样超导带材的一端切割出初始裂纹，然后将试样加载于拉伸机上，将CCD相机在垂直方向上对准试样涂覆散斑的一侧；
(4)分别开展Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂实验；
(5)获取拉伸机加载数据和CCD相机图像数据，运用数字图像相关方法，确定裂纹尖端位置与拉伸机载荷关系，根据断裂韧性计算公式计算得到试样的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性，该结果即为超导带材的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性。
2.根据权利要求1所述的一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，其特征在于，步骤(1)中，单侧加强层厚度为超导带材厚度的10-30倍。
3.根据权利要求1所述的一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加强层的材料可选择环氧树脂、无氧铜或不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，其特征在于，步骤(4)中，采用双悬臂梁拉伸实验方法测定试样的Ⅰ型层间断裂韧性。
5.根据权利要求1所述的一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法，其特征在于，步骤(4)中，采用三点弯曲实验方法测定试样的Ⅱ型层间断裂韧性。
CN201910147948.2A 2019-02-27 2019-02-27 一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法 Active CN109738289B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910147948.2A CN109738289B (zh) 2019-02-27 2019-02-27 一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910147948.2A CN109738289B (zh) 2019-02-27 2019-02-27 一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109738289A true CN109738289A (zh) 2019-05-10
CN109738289B CN109738289B (zh) 2021-08-03

Family

ID=66368612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910147948.2A Active CN109738289B (zh) 2019-02-27 2019-02-27 一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109738289B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261303A (zh) * 2019-07-26 2019-09-20 兰州大学 一种超导带材横向剥离强度测试装置和测试方法
CN110361255A (zh) * 2019-08-20 2019-10-22 上海交通大学 一种用于双悬臂梁拉伸试验测试ⅰ型层间断裂韧性的夹具
CN111537436A (zh) * 2020-04-03 2020-08-14 南京航空航天大学 一种涂层材料表面大面积结冰条件下固-冰界面断裂韧性的测试装置及方法
CN112903442A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 北京市理化分析测试中心 复材胶接结构胶接界面i型断裂韧性测试方法
CN113155615A (zh) * 2021-04-26 2021-07-23 中国石油大学(北京) 套管-水泥界面断裂韧度测试方法
CN113466038A (zh) * 2021-06-21 2021-10-01 长江存储科技有限责任公司 断裂韧性的检测样品及其检测方法
CN113654895A (zh) * 2021-09-09 2021-11-16 哈尔滨工业大学 获取三维机织复合材料纤维束内的i型断裂韧性的方法
CN113654894A (zh) * 2021-09-09 2021-11-16 哈尔滨工业大学 获取三维机织复合材料界面的i型断裂韧性的方法
CN114047060A (zh) * 2021-09-03 2022-02-15 北京理工大学 用于爆炸焊接界面动态压缩拉伸力学性能测试的试样组件
CN114112660A (zh) * 2021-09-03 2022-03-01 北京理工大学 适用于爆炸焊接界面动态断裂韧性测试的试样
CN114544351A (zh) * 2022-02-25 2022-05-27 广东电网有限责任公司 一种环氧材料断裂韧性的检测方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020086019A (ko) * 2001-05-10 2002-11-18 권동일 계면접합강도 평가시편 및 그 계면접합강도 평가방법
JP2013011504A (ja) * 2011-06-29 2013-01-17 Ihi Corp 複合材料の層間はく離強度評価方法
CN103018160A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 湘潭大学 定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法及装置
CN104359835A (zh) * 2014-11-24 2015-02-18 湘潭大学 一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020086019A (ko) * 2001-05-10 2002-11-18 권동일 계면접합강도 평가시편 및 그 계면접합강도 평가방법
JP2013011504A (ja) * 2011-06-29 2013-01-17 Ihi Corp 複合材料の層間はく離強度評価方法
CN103018160A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 湘潭大学 定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法及装置
CN104359835A (zh) * 2014-11-24 2015-02-18 湘潭大学 一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGFU XIE等: "Bending-Peeling Method to Research the Effect of Lateral Stress on Superconductivity of REBCO Tape at Liquid-Nitrogen Temperature", 《IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY》 *
王淑丹: "基于数字图像相关法的材料低温下断裂特性及超导带材失超实验研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *
黄恺: "Z-pin增强碳纤维/树脂基复合材料黏结结构I+II型混合断裂韧性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261303A (zh) * 2019-07-26 2019-09-20 兰州大学 一种超导带材横向剥离强度测试装置和测试方法
CN110361255A (zh) * 2019-08-20 2019-10-22 上海交通大学 一种用于双悬臂梁拉伸试验测试ⅰ型层间断裂韧性的夹具
CN111537436A (zh) * 2020-04-03 2020-08-14 南京航空航天大学 一种涂层材料表面大面积结冰条件下固-冰界面断裂韧性的测试装置及方法
CN112903442A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 北京市理化分析测试中心 复材胶接结构胶接界面i型断裂韧性测试方法
CN113155615A (zh) * 2021-04-26 2021-07-23 中国石油大学(北京) 套管-水泥界面断裂韧度测试方法
CN113466038A (zh) * 2021-06-21 2021-10-01 长江存储科技有限责任公司 断裂韧性的检测样品及其检测方法
CN113466038B (zh) * 2021-06-21 2022-05-20 长江存储科技有限责任公司 断裂韧性的检测样品及其检测方法
CN114112660A (zh) * 2021-09-03 2022-03-01 北京理工大学 适用于爆炸焊接界面动态断裂韧性测试的试样
CN114047060A (zh) * 2021-09-03 2022-02-15 北京理工大学 用于爆炸焊接界面动态压缩拉伸力学性能测试的试样组件
CN114047060B (zh) * 2021-09-03 2023-11-03 北京理工大学 用于爆炸焊接界面动态压缩拉伸力学性能测试的试样组件
CN113654894A (zh) * 2021-09-09 2021-11-16 哈尔滨工业大学 获取三维机织复合材料界面的i型断裂韧性的方法
CN113654895B (zh) * 2021-09-09 2022-05-17 哈尔滨工业大学 获取三维机织复合材料纤维束内的i型断裂韧性的方法
CN113654895A (zh) * 2021-09-09 2021-11-16 哈尔滨工业大学 获取三维机织复合材料纤维束内的i型断裂韧性的方法
CN114544351A (zh) * 2022-02-25 2022-05-27 广东电网有限责任公司 一种环氧材料断裂韧性的检测方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109738289B (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109738289A (zh) 一种二代高温超导带材界面断裂韧性测试方法
Keunecke et al. Three-dimensional elastic behaviour of common yew and Norway spruce
Pathak et al. Determination of an effective zero-point and extraction of indentation stress–strain curves without the continuous stiffness measurement signal
Wildemann et al. Research of the damage and failure processes of composite materials based on acoustic emission monitoring and method of digital image correlation
CN111189703B (zh) 复合材料界面剪切强度测试装置的辅助装置及其方法
CN106289613B (zh) 一种对称涂层残余应力的测定方法
Gerthoffer et al. CIGS solar cells on ultra-thin glass substrates: Determination of mechanical properties by nanoindentation and application to bending-induced strain calculation
CN109596464A (zh) 一种碳纳米管表面改性纤维的界面性能测试方法
Lee et al. Dynamic fracture of graphite/epoxy composites stiffened by buffer strips: An experimental study
CN109632537A (zh) 一种陶瓷基复合材料界面参数识别方法
US20230035902A1 (en) Device and method for testing fracture toughness of solid-ice interface on surface of coating material in large-scale freezing status
CN102692378A (zh) 一种金属有机涂层环境试验中样品预应变的方法
Cheng et al. A tensile-testing technique for micrometer-sized free-standing thin films
CN109520817A (zh) 复合材料断裂过程中裂纹尖端扩展长度实时测量方法
CN106404656A (zh) 确定形状记忆合金复合阻尼材料应力诱发马氏体相变临界点的方法
CN103454153A (zh) 复合推进剂/包覆层粘接界面i型断裂能测定试件
Jiang et al. A modified layer-removal method for residual stress measurement in electrodeposited nickel films
JP6103534B2 (ja) 試験片の破壊靭性測定方法
CN111220481B (zh) 一种三层复合纸各层面内弹性模量的测试方法
Ma et al. A new formula for evaluating indentation toughness in ceramics
RU2540460C1 (ru) Способ определения механических свойств хрупких материалов при растяжении
Tariq et al. Application of Digital Image Correlation Technique in determination of elastic constants of materials
Ochiai et al. Influence of copper volume fraction on tensile strain/stress tolerances of critical current in a copper-plated DyBCO-coated conductor
CN107389452A (zh) 一种测试异质界面层裂的拉伸装置及层裂测试方法与应用
Chue et al. Angle cracks in two bonded functionally graded piezoelectric material under anti-plane shear

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant