(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210914031.2 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 贾烨彤　周梓棣　刘子顺　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性 的测试方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于裤腿撕裂实验的软 材料断裂韧性的测试方法， 本发 明属于材料性能 测试技术领域。 针对现阶段难以全面表征软材料 断裂韧性的问题， 本发明测试方法在传统裤腿撕 裂实验的基础上， 引入自由尺寸这一概念， 通过 调整试件自由尺寸来控制裂尖场损伤区的特征 尺寸， 进而控制软材料非本征的耗散对断裂韧性 的贡献程度， 最终得到软材料表观断裂韧性随试 件自由尺寸的变化关系， 具有明确的物理意义。 该方法不仅原理简单， 易于操作， 而且能够全面 且多角度地表征软材料的断裂性能， 弥补了传统 软材料断裂韧性测试方法的不足， 具有潜在的应 用价值。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115266353 A 2022.11.01 CN 115266353 A 1.一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性的测试方法， 其特征在于： 该方法具体步 骤如下： 步骤1： 制作带有预制裂纹的软 材料试件， 软材料试件的长、 宽、 厚分别为 l、 w、 t； 步骤2： 将两片拉伸刚度为3000N ‑5000N和弯曲刚度为1.5 ×10‑5N·m2‑2.5×10‑5N·m2 的高拉伸刚度、 低弯曲刚度的背衬粘贴到软材料试件表面， 两片背衬之间的距离即自由尺 寸的大小， 记为符号b； 步骤3： 改变自由尺寸b的大小， 并在 拉伸机上进行撕裂实验， 得到不同自由尺寸下软材 料试件的力 ‑位移曲线； 步骤4： 对力 ‑位移曲线进行处理， 得到软材料试件在不同自由尺寸下的表观断裂韧性 的值； 步骤5： 对表 观断裂韧性随自由尺寸变化的实验结果进行拟合， 得到 两者的关系曲线； 步骤6： 对表观断裂韧性和自由尺寸的关系曲线进行分析， 得到该种软材料的本征断裂 韧性、 非本征的耗散对断裂韧性的贡献以及断裂损伤区特 征尺寸。 2.根据权利要求1所述的一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性的测试方法， 其特 征在于： 步骤1中预制裂纹的长度对裂纹稳定扩展时的载荷值没有影响。 3.根据权利要求1所述的一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性的测试方法， 其特 征在于： 步骤2中自由尺 寸b的范围应该限制在0≤b≤0.5w； 当b>0.5w时， 试件在撕裂过程中 极易发生扭转， 导 致裂纹无法稳定扩展， 无法得到对应的表 观断裂韧性。 4.根据权利要求1所述的一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性的测试方法， 其特 征在于： 步骤4中， 由力 ‑位移曲线得到表观断裂韧性； 表观断裂韧性定义为本征断裂韧性 Γ0和非本征的耗散对断裂韧性的贡献Γd之和； 表观断裂韧性的计算公式为： 式中， Γ为表观断裂韧性， Fc为裂纹稳定扩展时力的平均值， 定义为总位移30％到80％ 处载荷的统计平均值， 当自由尺寸b为0时， 需要对Fc进行如下修 正： Fc＝Ftotal‑Fbacking    (2) 式中， Ftotal为直接测得的裂纹稳定扩展时力的平均值， Fbacking为单独对背衬进行撕裂 实验得到的裂纹稳定扩展时力的平均值。 5.根据权利要求1所述的一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性的测试方法， 其特 征在于： 步骤5中采用如下公式对表 观断裂韧性和自由尺寸的实验结果进行拟合： 式中， a1、 a2和a3均为拟合参数， 并具有相应的物理意义； a3为表观断裂韧性的平台值 Γp， a1为表观断裂韧性达到Γp时非本征的耗散对断裂韧性的贡献Γd,a2为表观断裂韧性达 到Γp的收敛速率。 6.根据权利要求5所述的一种基于裤腿撕裂实验的软材料断裂韧性的测试方法， 其特 征在于： 步骤6中根据步骤5的拟合结果， 分析得到本征断裂韧性Γ0、 非本征的耗散对断裂 韧性的贡献Γd， 以及断裂损伤区特征尺寸ld的值； 其中Γ0为a3‑a1的值， Γd为a1的值， 特征 尺寸ld为当表观断裂韧性 为0.99Γp时对应的自由尺寸b的值， 其计算方法如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115266353 A 2权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115266353 A 3