纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法与流程

技术特征：
1.一种纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一、含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁试验件的制备含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁试验件采用聚焦离子束技术从复合材料薄块中切割而成；步骤二、含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁的原位加载与观测（1）利用微纳米悬臂梁的原位加载与观测系统对含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁进行原位加载；（2）在原位加载过程中，弯曲载荷通过金刚石加载头施加在远离纤维丝/基体界面的悬臂梁远端纤维丝上表面处，试验台由压电驱动器驱动进行平移，借助扫描电子显微镜内的电子束探头实现对整个断裂过程的原位观测，进行重复试验，最终得到含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁的原位加载试验结果曲线；步骤三、含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁界面裂纹启裂行为分析结合原位观测试验和有限元方法进一步分析含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁试验件界面端裂纹启裂时的应力分布情况，并采用内聚力模型确定纤维丝/基体界面力学参数；步骤四、含界面微纳米纤维增强复合材料试验件尺寸效应探究改变试验件的尺寸，重复步骤一~步骤三，以探究含界面微纳米纤维增强复合材料试验件的尺寸大小对试验结果的影响。2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其特征在于所述步骤一的具体步骤如下：（1）使用带有高目数砂纸的抛光机对复合材料薄块上垂直于纤维束的表面进行打磨，使其表面光滑；（2）采用聚焦离子束，从纤维增强复合材料薄块上切出一个微米块；（3）利用钨气相沉积技术，在聚焦离子束操作系统中通过一个微米探针机械手将切好的微米块取出；（4）通过钨气相沉积技术，将取出来的微米块粘在金属线的顶端；（5）采用聚焦离子束在微米块上切出微纳米悬臂梁的部分。3.根据权利要求2所述的纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其特征在于所述悬臂梁至少包含1个纤维丝/基体界面，且界面和基体须靠近悬臂梁根部位置。4.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其特征在于所述步骤二中，微纳米悬臂梁的原位加载与观测系统集成在扫描电子显微镜的样品架上，断裂试验在扫描电子显微镜内完成，且金刚石加载头须置于远离界面的悬臂梁远端纤维丝上表面处。5.根据权利要求4所述的纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其特征在于所述微纳米悬臂梁的原位加载与观测系统包含一个可以三轴平移的试样台和一个带有载荷传感器的金刚石加载头。6.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其
特征在于所述步骤三的具体步骤如下：（1）建立微纳米悬臂梁试验件的二维有限元模型；（2）对界面端附近的有限元网格进行细化处理；（3）针对二维有限元模型根据试验件的真实边界条件，对悬臂梁的基部远端施加完全固定约束；（4）采用内聚力模型表征纤维增强复合材料中纤维丝/基体界面的开裂行为，通过将模拟载荷
‑
位移曲线与试验载荷
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位移曲线进行对比得到合理的特征长度值和内聚力强度值，最后得到纤维丝/基体界面的断裂能g
c
。7.根据权利要求6所述的纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，其特征在于所述二维有限元模型采用平面应变状态。

技术总结
本发明公开了一种纤维增强复合材料微纳尺度界面力学性能原位测试方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁试验件的制备；步骤二、含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁的原位加载与观测；步骤三、含界面微纳米纤维增强复合材料悬臂梁界面裂纹启裂行为分析；步骤四、含界面微纳米纤维增强复合材料试验件尺寸效应探究。该方法可以实现对纤维增强复合材料微纳米尺度下的界面力学性能原位测试，可以为纤维增强复合材料在微纳米尺度下的断裂力学试验设计和强度检测提供指导依据。检测提供指导依据。检测提供指导依据。


技术研发人员：黄凯 果立成 郝留磊 于红军 李志兴 张莉 吴晓蓉 孙新杨 李忠刚
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2021.07.23
技术公布日：2021/10/23