層間剥離

ASTM D5528では、モードI層間破壊靭性を測定するために、ダブルカンチレバービーム（DCB）試験片の形状を使用することが規定されている。^{[ 17 ]}ダブルカンチレバービーム試験片は、ポリマーマトリックスを硬化させる前に、ビームの中央の補強層間に非粘着性フィルムを配置して、長さの初期亀裂を発生させることによって作製される。${\displaystyle a_{0}}$試験中、試験片は梁の初期亀裂側端から引張荷重を受け、亀裂が開きます。コンプライアンス法を用いると、臨界ひずみエネルギー解放率は次式で与えられます。

${\displaystyle G_{Ic}={\frac {3P_{C}\delta _{C}}{2Ba}}}$（２）

どこ${\displaystyle P_{C}}$そして$\displaystyle \delta _{C}}$は、それぞれ最大荷重と最大変位であり、これは、コンプライアンスが 5% 増加した原点からの直線で荷重たわみ曲線が非線形になった時点を判定することによって求められます。通常、式 2 は破壊靭性を過大評価します。これは、DCB 試験片の 2 つの片持ち梁が亀裂で有限の回転を持つためです。有限の回転は、を計算することによって補正できます。${\displaystyle G}$長さがやや長めの亀裂${\displaystyle a+\Delta }$贈る

${\displaystyle G_{Ic}={\frac {3P_{C}\delta _{C}}{2B(a+\Delta )}}}$（３）

亀裂長さ補正${\displaystyle \Delta }$コンプライアンスの立方根の最小二乗近似をプロットすることにより、実験的に計算できる。${\displaystyle C^{1/3}}$亀裂長さとの比較${\displaystyle a}$修正${\displaystyle \Delta }$は x 切片の絶対値です。破壊靭性はコンプライアンス校正法によって補正することもできます。${\displaystyle G_{Ic}}$によって与えられた

${\displaystyle G_{Ic}={\frac {nP_{C}\delta _{C}}{2Ba}}}$（４）

どこ${\displaystyle n}$最小二乗近似の傾きは${\displaystyle \log(C)}$対${\displaystyle \log(a)}$。

モードII層間破壊靭性は、ASTM D7905で規定されたエッジノッチ曲げ試験によって決定できます。^{[ 16 ]}試験片は、DCB試験片と同様の方法で準備され、長さの初期亀裂が導入されます。${\displaystyle a_{0}}$ポリマーマトリックスを硬化させる前に。初期亀裂（非予亀裂法）で試験を実施する場合、候補破壊靭性${\displaystyle G_{Q}}$は

${\displaystyle G_{Q}={\frac {3mP_{\max }^{2}a_{0}^{2}}{2B}}}$

どこ${\displaystyle B}$ は試料の厚さであり、${\displaystyle P_{\max }}$最大負荷と${\displaystyle m}$これは適合パラメータです。${\displaystyle m}$コンプライアンスの最小二乗近似による実験結果によって決定される${\displaystyle C}$亀裂の長さの3乗に対して$\displaystyle a^{3}}$ の形で

${\displaystyle C=A+ma^{3}}$。

候補となる破壊靭性${\displaystyle G_{Q}}$モードII破壊靭性に等しい${\displaystyle G_{IIc}}$ひずみエネルギー解放率が特定のパーセンテージの範囲内にある場合${\displaystyle G_{Q}}$ASTMで規定された様々な亀裂長さにおいて。

非対称4点曲げ（AFPB）は、試験片の加工性、試験の再現性、および機器の入手可能性など、さまざまな理由から、他の手順よりも層間せん断強度を測定するために選択されることがあります。たとえば、短梁せん断試験片は、曲げ破壊を防ぐために特定の長さと厚さの比率に制限され、試験片全体のせん断応力分布は不均一であり、どちらも再現性の欠如につながります。^{[ 19 ]}レールせん断試験も不均一なせん断応力状態を生成するため、せん断弾性率を決定するのに適していますが、せん断強度を決定するのには適していません。^{[ 19 ]} Iosipescu試験では、他の3点および4点曲げ試験ですでに使用されているローラーセットアップに加えて、特別な機器が必要です。 ^{[ 22 ]}

ASTM C1469は、先進セラミック接合部のAFPB試験の規格を規定しており、この方法は連続セラミックマトリックス複合材料への適用が提案されている。^{[ 23 ] [ 24 ]}長方形のサンプルは、中央にノッチを加工しても加工しなくても使用できる。ノッチを追加することで、サンプルの長さに沿った破壊位置を制御するのに役立つが、不適切な加工や非対称な加工は、望ましくない垂直応力の追加につながり、測定強度を低下させる可能性がある。^{[ 24 ]}次に、サンプルは試験治具内で圧縮荷重をかけられ、平行四辺形のような配置の4本の荷重ピンからサンプルに直接荷重が加えられる。試験治具から加えられた荷重は、上部の2本のピンに不均等に伝達される。内側のピンの荷重の比率は、${\displaystyle P}$外側ピン荷重${\displaystyle Q}$は負荷係数として定義される${\displaystyle \lambda }$、したがって

${\displaystyle {\frac {P}{Q}}={\frac {S_{2}}{S_{1}}}=\lambda }$、

どこ${\displaystyle S_{1}}$そして${\displaystyle S_{2}}$は、それぞれ内側のピンから印加点荷重までの長さと、外側のピンから印加点荷重までの長さである。試料内の垂直応力$\displaystyle \sigma _{xx}}$は内側のピンの位置で最大となり、以下と同等である。

${\displaystyle \sigma _{xx}={\frac {6(\lambda -1)FL}{(1+\lambda ^{2})bt}}}$、

どこ${\displaystyle F}$はサンプルに加わる総荷重です。${\displaystyle L}$はサンプル長です。${\displaystyle b}$はサンプル幅（2D自由体図で見たときのページ方向の幅）であり、${\displaystyle t}$は試料の厚さです。せん断応力$\displaystyle \sigma _{xz}}$サンプルでは、​​ピンの内側スパンの間で最大となり、次式で与えられる。

$\displaystyle \sigma _{xz}={\frac {3(1-\lambda )F}{2(1+\lambda )bt}}}$。

試料中の垂直応力とせん断応力の比率${\displaystyle C}$は

${\displaystyle C={\frac {\sigma _{xx}}{\sigma _{xz}}}={\frac {4L}{(1+\lambda )t}}}$。

この比率は、サンプルの荷重係数と長さと厚さの比率の両方に依存します。これらの量はどちらも、試験中のサンプルの破壊モードを決定する上で重要です。^{[ 18 ]}