虽然压力为基础的方法一直是研究的一个大量的主题，断裂力学也是一个成熟的工具进行故障分析。由于复杂的失效模式和机制存在于聚合材料（以及许多几何，物质的介入，而制造变量），聚合物'断裂行为有更深的了解是必要的，以充分获得他们的利益。
已经提出了许多试验方法来确定断裂韧性。双悬臂梁试验是最广泛使用的方法，用于测量模式-I（开口）断裂韧性。最终缺口弯曲已经成为最方便的模式II（剪切）一种类型的断裂试验。各种尝试已经作出的混合模式加载条件，其中使用了多波束型标本下的断裂韧性的特点。混合模式弯曲试样相结合用于双悬臂梁和最终缺口弯曲试验，研究混合模式断裂的计划。然而，对于这些试验方法是很难建立一个广泛的混合模式的比率，这限制了它们的实用性。此外，不同的光束型样品须在为了得到纯模式-I，纯模式-II和混合模式加载可靠的结果为断裂韧性。因此，有必要开发其它的测试方法来评价下所有的面内载荷的混合模式的断裂韧性。1
在这个研究中，我们提出一个新的装载装置的标本的混合模式断裂试验，它允许模式I和模式II装载模式-I模式-II，和几乎任何组合来使用相同的测试被测试试样配置（见图1）。2我们开发了这种配置，以产生在固体样品，其中所述夹具和试样切出一块平板的平面应力的均匀状态。因此，没有接头是必要的试样和夹具之间。该装置的主要部件是一个蝴蝶标本，其被插入在两个半环形把手的两侧。夹具连接到一个万能试验机的顶部和底部。夹具连同蝴蝶标本，形成一个圆形盘具有两个非对称的切口。上夹具的外边缘的缩放的位置提供了一系列负载角。试样被拉开夹具夹持在一对上一个缩放的径向线的两侧夹持的加载。通过改变加载角α，所有的混合模式条件下（从纯模式-I开始到纯模式-II）中，可以创建和测试。这是一个简单的测试程序，夹紧/松开的标本是很容易做到的，只有一种类型的标本需要生成所有负载条件。可避免的前混合模式断裂韧性测试方法的缺点。例如，新的固定装置具有完美的对称，它提供一个均匀的应力状态，建立纯平面应变条件，并消除不需要的模式- Ⅲ加载条件。
图1。
新的装载装置，它允许模式-I模式-II，和模式I和模式II的负载量，用相同的试样配置测试的几乎任何组合的概述。
我们调查下的全方位使用新的装载装置，以便获得更可靠的结果的面内载荷条件的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）的断裂行为。新器件从单纯的模式，我通过各种混合模式产生的负载条件下的I / II比值高达纯模式-II，全部为同一试样的几何形状。我们确定的模式-I，模式II，以及各种混合模式的I / II的临界能量释放率在不同载荷角度，从0°到90°，用实验测量的临界载荷。使用我们的有限元分析结果，无量纲应力强度因子被应用到试片。
表1中。
一般混合模式的临界应变能释放率Ğ ç [ Ĵ / 米2 ]。T：试样的厚度。摹Ç：临界应变能释放率的模式，我（摹IC），模式二（摹IIC）和总应变释放（摹TC）。
| 加载中角 | 0 ° | 45 ° | 90 ° | |
|---|---|---|---|---|
| 吨 =10毫米 | ĞIC | 8800.3 | 5165.8 | - |
| ĞIIC | - | 257.9 | 945.1 | |
| Ğ训练班 | 8800.3 | 5423.8 | 945.1 | |
| 吨 =15毫米 | ĞIC | 7946.5 | 5810.7 | - |
| ĞIIC | - | 294.6 | 749.9 | |
| Ğ训练班 | 7946.5 | 6105.4 | 749.9 | |
| 吨 =20毫米 | ĞIC | 7813.2 | 4545.9 | - |
| ĞIIC | - | 233.9 | 966.7 | |
| Ğ训练班 | 7813.2 | 4779.8 | 966.7 |
我们曾与0.5mm/min的恒定位移速率断裂试验，并记录断裂载荷和位移。每个试验至少重复3次，每次加载角和样品的厚度。总体而言，我们在本次调查测试27标本。由试验机产生的载荷-位移曲线被用来确定最大载荷和位移。我们发现，10mm的试样的厚度满足平面应变状态，平均断裂韧性≈4时32兆帕/米1/2在纯模式我装载和≈1.42MPa / M 1/2纯模式-II的负荷。
计算出的临界应变能释放率Ğ ç表明定量必须有多少能量投入试样来创建断口。表1示出了ģ 集成电路，ģ IIC和ģ TC = ģ 集成电路 + ģ IIC，从实验数据获得的。ģ 集成电路减小而ģ IIC增加而增加，模式-II装载贡献。在开模和剪切模临界应变能释放率被发现是大约8800.3J /米2和945.1J /米2为10mm的样品的厚度，7946.5J /米2和749.9J /米2的样品厚度为15mm，并且7813.2J /米2和966.7J /米2为20mm的样品的厚度，分别为。它可以看出，ģ 集成电路相比是大ģ IIC，表明裂解样品是更严厉的模式-I和较弱的模式-II装载条件。总应变能量释放率，ģ TC，各种载荷条件下，示于表1中。它减少与加载角度。结果证实，最大断裂韧性发生在模式-I负荷条件。另外，可以看出的数量ģ 集成电路，ģ IIC和ģ Ŧ在不同的厚度大致相同。因此，可以假定，10mm的试样的厚度满足平面应变条件，ABS，而不需要更厚的试样。
在研究过程中，有几个问题仍然超出了我们的工作范围。用于评估模式-I，模式-II和ABS的混合模式断裂行为的测试程序是一个混合模式加载装置。试样混合模式加载条件下提供对ABS树脂的模式I和模式II的断裂韧性的信息。为了延长断裂行为的理解和更准确地确定一个故障准则适用于ABS，另外的测试应与其他试样的几何形状进行。这些可以使用多种方法，包括双悬臂梁，最终缺口弯曲，或混合模式弯曲测试来完成。ASTM标准Ë399和D 5045给予一定的指导，平面应变模式-I型断裂韧性的金属和塑料。没有标准要求为线性弹性断裂力学以及平面应变条件下与模式-II和混合模式加载条件的ABS测试的有效性存在。因此，可能有必要建立以探讨混合模式负载条件下的角色量身定制的带ABS的使用测试。我们的研究假设的ABS是均匀和线性弹性。然而，根据ABS的性能的试样的各向异性的方向的影响不能被忽略。我们未来的工作应侧重于使用的ABS材料弹塑性断裂力学和将这一信息，以及各向异性的影响，为有限元模型研究替代方法。
阿布扎尔Es'hagi Oskui
技术高分子材料阿库雷大学研究所
Naghdali Choupani
技术高分子材料阿库雷大学研究所
Naghdali Choupani副教授，主管机械工程系。他的研究兴趣包括断裂力学，复合材料，粘接接头和机械设计。
Elyas哈达迪
职业技术学院