中文翻译-测试在短纤增强塑料注射模制板温度对疲劳裂纹扩展的影响

测试在短纤增强塑料注射模制板温度对疲劳裂纹扩展的影响文摘裂纹扩展行为,研究了在298 k(RT),343 k,373 k,403 k和center-notched标本被剪短的射出成型板碳纤维增强PPS纤维两个角度相对于加载方向,即=0(MD)和90(TD)。宏观裂纹扩展路径几乎是垂直于加载轴MD和道明。显微镜下,裂缝在马里兰州被纤维,规避纤维,和很少发生纤维,曲折的道路。TD,裂纹路径不曲折后纤维界面。裂纹扩展速率之间的关系,da / dN,和应力强度因子范围,K,在RT和373 K是类似的医学博士和TD,da / dN时温度高于玻璃化转变度,Tg(= 360 K),高出两到三个订单,在温度低于Tg。在每个温度相比,da / MD的dN是两个订单低于道明。在温度高于Tg,发生非弹性变形;载荷和位移之间的关系成为非线性,伴随着磁滞回线扩张。当da / dN与J积分范围,J,da / dN在四个温度下为每个MD和TD越来越近。尤其是对TD的情况下,在四个温度下合并在一起的关系。在每个温度相比,da / MD的dN是低于TD,即使MD和TD的区别是小。根据疲劳断裂表面的扫描电镜观察,许多纤维从矩阵在疲劳断裂表面的皮肤层的医学博士和并行TD的纤维断裂表面的观察。高温环境增加矩阵变形在MD和TD,但改变不了断裂路径或疲劳裂纹扩展的微观结构。1 介绍短纤增强塑料(SFRP)预计将得到更加广泛的应用,以减少车辆如汽车的重量。注塑工艺使SFRP组件的生产更加经济和以更高的利率。他们的应用程序在fatigue-sensitive组件是在汽车行业稳步增加。疲劳裂纹的传播行为高度各向异性,这取决于注塑生产的纤维取向。裂纹扩展速率垂直对齐纤维远远低于平行于纤维相比在同一应力强度范围。能量释放率(Wyzgoski和诺瓦克,1990)和有关参数(Akiniwa et al .,1992年,田中et al .,2014年,2015年)已经被提议作为裂纹扩展的一个控制参数。应用SFRP引擎组件,高温环境对疲劳性能的影响需要探索。在摘要中,高温对疲劳裂纹扩展行为的影响研究中心裂纹标本的PPS(聚苯硫醚)钢筋和碳纤维30 wt %。标本从射出成型板的厚度1毫米的三个角加载轴相对于成型流动方向,即= 0(MD)和90(TD)。玻璃化转变温度、Tg SFRP是360 k。裂纹扩展行为调查在四个温度298 k(RT),343 k,373 k和403 k。裂纹扩展速率与应力强度范围和j积分范围。j积分范围被用来考虑高温非弹性变形。2 实验的程序2.1 材料和样品实验材料是热塑性塑料,PPS,钢筋和碳纤维。疲劳的标本被削减的射出成型板(IMP)的平面尺寸8080毫米和1毫米的厚度。图1显示了试样的形状有中心切口长度6毫米。两端长度15毫米的区域用于卡盘通过铝标签测试机器。成型之间的角度方向和标本的纵向方向是将两个值:= 0(MD)和90(TD)。IMP具有三层结构,两层壳三明治核心层。芯层的板的厚度是0.16毫米,这是15%的板厚度(田中et al .,2014)。裂纹扩展行为将被控制的壳层。壳层的纤维方向射出成型板近沿着成型流动方向,核心层的是垂直的。角意味着纤维方向之间的角度在壳层和加载轴。2.2 疲劳裂纹扩展试验疲劳裂纹扩展进行了测试方法的电动伺服液压试验机。疲劳测试是在四个温度下在空气中,RT,343 k,373 k,403 k,load-controlled条件下的应力比R为0.1。循环荷载的波形是三角形和频率4赫兹。表1显示了最大应力用于疲劳测试,在横截面的应力计算的标本没有缺口。的环境中进行了测试室的温度控制的循环空气,环境温度的波动保持小于0.5 k起止点位移在疲劳试验测定的,和负载之间的关系和起止点位移由数字数据记录器记录。图1 中心凹口板疲劳测试表1 最大应力max(MPa)采用疲劳测试裂纹长度测量用视频显微镜的放大100室的玻璃窗。裂纹长度投影在平面上垂直于加载轴测量。切口的总和的一半长度和裂纹长度用。2.3 断裂力学参数宏观裂纹路径是垂直于加载轴的情况下= 0(MD)和90(TD),所以宏观裂缝传播模式我以后所描述。I型裂纹扩展的能量释放率计算修改后的裂纹闭合积分法(雷比茨基和坎尼恩,1991)有限元法使用各向异性弹性常数。表2显示了各向异性弹性常数的测量值的MD和TD四个温度,后缀1表示2成型方向和垂直方向。由于弹性常数取决于加载速率的温度高于T g,他们同样强调速度的测量疲劳测试。那些在温度低于Tg不随加载率。共线裂纹扩展的能量释放率沿对称轴的各向异性与应力强度因子如下(西赫和利博维茨,1968): (1) (2) 上述方程是TD,和后缀1和2交换。MD 1 / H值和TD归纳如表2所示。模式的应力强度因子I,K,表示为 (3)其中是应用总应力、裂纹长度,W是板的宽度,和F(a / W)是一种对应力强度因子校正因子。上述方程的修正系数确定的能量释放率计算了基于各向异性弹性有限元法。我们发现了非常有趣的结果,校正因子计算如上非常同意,派生使用各向同性弹性和差异小于0.5%。这一发现的基础上,下面的恩,s方程校正系数的各向同性板用于各向异性情况下(塔达等.,2000)。 (4) 表2 弹性常数温度适应的SFRP疲劳测试。应力强度因子的范围,K,使用方程式计算。(3)和(4),如下: (5)Kmax和Kmin最大和最小应力强度因素的范围被定义为能量释放率G = H (K )2 (6)在温度高于Tg,非弹性变形,载荷和位移之间的关系成为非线性磁滞回线显示扩张。j积分范围作为断裂力学参数。J积分区间估计从载荷和位移之间的关系(道林,1976) (7)S的磁滞回线的面积的一半。第一项表示弹性能量释放率和第二项非弹性变形的贡献。在温度低于Tg,J =G,因为不涉及非弹性变形。3 实验结果和讨论3.1 裂纹扩展路径裂缝的光学显微图显示在图2中,在(a)(b)是为医学博士在RT和403 k,(c),为TD(d)。裂纹路径在显微镜下曲折的MD。高温时的弯曲度增加,也暗裂纹线的宽度变大。然而,裂缝传播宏观上直接垂直于加载方向(向上和向下)。裂缝是相当直在TD和传播也垂直于加载方向。在403 k,裂纹线变得更厚,表明更大数量的裂纹和表面粗化。图2 疲劳裂纹在MD和TD标本测试RT和403 k。图3 SEM显微图的疲劳裂纹在MD和TD标本测试RT和403 k更详细的扫描电镜观察裂缝和纤维之间的相互作用做了不同标本打断疲劳试验后不稳定骨折。图3显示了示例的裂缝与纤维交互MD和TD RT和403 k。裂纹扩展方向从左到右。裂缝在MD被纤维和纤维上,纤维,很少休息,曲折的道路。TD,纤维后的裂纹路径更曲折的主要界面和矩阵。分离的小裂纹沿界面可以看到纤维。在403 k,矩阵变形和裂纹张开较大的MD和TD,对应于厚裂纹线在光学显微图显示在图2中。裂纹路径在343 k的特性类似于RT,因为343 k是Tg以下。这样的温度在373 k和403 k以上Tg,裂缝的特点很像。3.2 裂纹扩展速率与应力强度因子之间的关系裂缝形成的级距最初传播快,然后减速。在缺口根部的最低比率约0.5毫米,裂缝加速单调,直到最终断裂。在更高的温度下初始rate-dipping行为明显。类似的初始率浸渍行为观察玻璃纤维增强聚丙烯Karger-Kocsis et al。(1991)和Pegoretti Ricco(2000)。这种行为可能是由于三维裂纹形状过渡到稳定的影响下一个档次。在下面,我们专注于0.5毫米后的稳定裂纹扩展阶段的扩展。图4 裂纹扩展速率与应力强度关系范围的医学博士和TD标本图5 裂纹扩展速率与应力强度之间的关系在RT和403 k范围图4显示了裂纹扩展速率之间的关系,da / dN,应力强度因子的范围,K,医学博士(a)和(b)TD 4点温度。MD和TD,在RT和373 k的关系相似,而da / dN和升高的温度变得更高的Tg之上。在403 K,率是两到三个订单高于rt,da / dN和K之间的关系可以用下面的近似巴黎法:da / dN = C (K )m (8) ,m,巴黎的法律从8到13,是典型的脆性玻璃钢的关系在图5中,da / dN和K MD和TD显示(a)RT和(b)403 K。在温度、da / MD的dN是二阶低于TD。3.3 裂纹扩展速率和J积分之间的关系在温度高于Tg,发生非弹性变形和载荷和位移之间的关系成为非线性磁滞回线显示扩张循环取自马里兰州和TD的例子如图7循环倾向于转向正确和扩大与裂纹扩展。J,J积分范围是评估从循环使用Eq。(7)。非弹性组件的分数高总J在更高的温度,并对TD略高于MD在每个温度。在RT和373 K以下Tg,J =G,因为没有涉及非弹性变形。在图7中,da / dN与能量释放率的范围,J,医学博士(a)和(b道明。的关系可以表示为da /dN = C (J )m (9)图6 梁进行MD,TD标本在403 k图7 裂纹扩展速率和j积分之间的关系范围的医学博士和TD标本图8 裂纹扩展速率之间的关系和j积分范围在RT和403 k其中m是大约一半的m。在四个温度下的数据更接近每个MD和道明。尤其是对于TD,在每个温度的关系合并在一起。图8显示了da / dN vsJ RT和403 k。MD的da / dN值低于TD特别是在RT,即使MD和TD的区别更小。由于温度效应最小化的关系da / dN vsJ,J被认为是一个合适的参数来表示一个crack-driving包含非弹性变形的贡献力量。材料对裂纹扩展的阻力决定了da / dN vsJ关系。纤维垂直于裂缝方向阻止裂纹扩展在MD和裂纹偏转遵循界面纤维,增强抵抗裂纹扩展的能力。纤维方向平行于裂纹协助TD裂纹增长,减少阻力。MD和TD的区别却降低了温度升高时因为大矩阵变形降低了裂纹路径的弯曲度的差异。3.4 扫描电镜观察断口表面疲劳断裂表面的标本被扫描电镜观察。图9显示了疲劳断裂表面的壳层MD和TD疲惫RT和403 k。许多纤维从矩阵中可以看到。矩阵的断裂表面相当平坦,虽然粗是由于大变形随骨折。道明的情况下,并行纤维被认为适用于,显示界面断裂路径。矩阵的变形断裂表面上看到大在304 k。高温环境增加矩阵变形在MD和道明,但并不能改变断裂路径和疲劳裂纹扩展的微观结构。4 结论在RT裂纹扩展行为进行了研究,343 k,373 k,373 k与center-notched标本被削减的射出成型短纤维增强塑料板在两个纤维角相对于装运方向,即= 0(MD)和90(TD)。结果总结如下:(1)宏观裂纹扩展路径几乎是垂直于加载轴MD和道明。显微镜下,裂缝在马里兰州被纤维和纤维规避,和很少发生纤维,曲折的道路。TD,裂纹路径不曲折后光纤接口。(2)裂纹扩展速率之间的关系,da / dN,和应力强度因子范围,K,在RT和373 K MD和TD的结果相似,而da / dN增加与增加温度高于玻璃化转变温度,Tg,两三个订单。在每个温度、da / MD的d