本发明涉及聚合物基复合材料测试，特别涉及一种复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法。
背景技术：
1、进年来，随着非金属复合材料在船舶领域使用越来越广泛，对力学性能要求也要求越来越高，并且复合材料结构构件的使用安全性也显得尤为重要。而目前在复合材料结构构件的制造过程中尚不能进行有效实时监控，不能及时进行工艺参数的纠偏，防止缺陷的产生。因此常由于许多不确定的因素，使复合材料结构发生分层、孔隙、气孔等等不同形式的缺陷。同时，复合材料结构构件在装配与服役过程中所受到的低能冲击也很容易引发各种形式的损伤。
2、在聚合物基复合材料中，其层间界面性能相对薄弱，分层缺陷对材料整体力学性能的影响不容忽视，且分层缺陷会在复合材料构件实际服役过程中扩展，从而导致构件整体失效。因此，针对复合材料进行疲劳试验过程中分层缺陷扩展速率的研究至关重要。
3、现有的针对复合材料分层缺陷的相关试验中，断裂韧性试验(gb/t 28891、astmd5528等)为应用最为广泛的试验方法，g表征的是材料的应变能释放率，表征材料产生裂纹的能量。g由方程(1)给出，方程(1)中u是物体的应变能，b为试样的宽度，a为分层长度。但是该方法给出的应变能释放率g值并不能直观反映分层缺陷在疲劳环境下的扩展过程。
4、
5、在astm d6115《聚合物基单向复合材料i型疲劳分层扩展起始试验方法》中，规定了获得聚合物基单向复合材料dcb试样在疲劳试验中分层扩展起始循环数的试验方法，但该方法只适用于单向复合材料，无法针对复合材料实际构件铺层进行试验设计，此外，该方法缺少对分层扩展过程的分析，而只获得分层扩展起始并不能全面地对分层缺陷的危险性及结构的实际使用寿命提供全面的指导。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明旨在提出一种复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，以解决现有技术无法便捷判断复合材料的分层缺陷危险程度。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，包括如下步骤：
4、s1.测试用试样的选择；
5、s2.在测试用试样上人工预置分层缺陷；
6、在测试试样成型时，利用铺设薄膜的方法人工预置分层缺陷，根据需要将薄膜裁剪至需要尺寸，在铺布时将裁剪后的薄膜放置于试样工作段的对应层间位置，分层缺陷的设置遵循如下原则：分层缺陷投影在试样上表面时，分层缺陷布置在试样宽度方向的中轴线上，并沿着试样长度方向等距分布，在试样长度方向上以长度方向的中轴线为对称轴对称分布，相互对称的缺陷尺寸一致，相邻分层缺陷中心的间隔距离至少为2倍分层缺陷直径，且间隔距离不小于40mm；
7、s3.加工测试用试样；
8、s4.采用单轴疲劳测试方法进行试样的测试，并根据测试结果进行分层扩展分析。
9、进一步的，步骤s1中，所述测试用试样的尺寸情况为：试样宽度b＝40±10mm，300mm≤试样长度l≤500mm，试样厚度t≥1mm。
10、进一步的，步骤s2中，若试样为均匀铺层，则分层缺陷(1)深度依次按照距离试样近表面1/16t、1/8t、1/4t、1/2t度进行梯度设计，若试样为非均匀铺设，则分层缺陷(1)优先设置于不同铺层间界面处。
11、进一步的，步骤s4具体包括如下过程：
12、s41.筛选外观正常的试样进行无损检测；
13、s42.将试样夹持在试样机夹头中，应先夹持试样上部的夹持端进行载荷调零，之后夹持试样下部的夹持端；
14、s43.调增横梁位置，设置5n的预拉力，进行位移调零；
15、s44.设置疲劳载荷、频率及循环周期；
16、s45.定期进行无损检测，并汇总测试结果，根据测试结果进行分层扩展分析。
17、进一步的，步骤s44中，对于玻璃纤维增强塑料，疲劳载荷为静态拉伸强度或静态拉伸失效应变的75％(对应的疲劳寿命约为104次循环)、55％(对应的疲劳寿命约为105次循环)、40％(对应的疲劳寿命约为5×105次循环)或30％(对应的疲劳寿命约为1×106次循环或2×106次循环)；碳纤维增强塑料的疲劳水平为静态拉伸强度或静态拉伸失效应变的80％(对应的疲劳寿命约为104次循环)、65％(对应的疲劳寿命约为105次循环)、55％(对应的疲劳寿命约为5×105次循环)或45％(对应的疲劳寿命约为1×106次循环或2×106次循环)。
18、进一步的，步骤s45中，在疲劳过程开始时每10万次循环进行一次无损检测。
19、进一步的，步骤s45中，所述无损检测手段采用可在线监测分层缺陷尺寸的方法，选自在线超声、shm方法中的任意一种。
20、相对于现有技术，本发明所述的一种复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法具有以下优势：
21、(1)通过监测试样在疲劳试验中的分层缺陷扩展情况，便于进行含分层缺陷复合材料在疲劳环境下的服役安全性评估，便于有针对性地对复合材料及结构进行使用寿命预测、损伤预测及损伤容限分析。
22、(2)本发明利用最少的试样数量进行不同分层缺陷尺寸、深度影响因素的分层缺陷扩展对比分析，减少不确定因素对测试结果的影响。
23、(3)本发明中单个试样布置多个分层缺陷，可同时进行疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测，大大降低了时间成本以及试验成本。
1.一种复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，步骤s1中，所述测试用试样的尺寸情况为：试样宽度b＝40±10mm，300mm≤试样长度l≤500mm，试样厚度t≥1mm。
3.根据权利要求2所述的复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，步骤s2中，若试样为均匀铺层，则分层缺陷(1)深度依次按照距离试样近表面1/16t、1/8t、1/4t、1/2t度进行梯度设计，若试样为非均匀铺设，则分层缺陷(1)优先设置于不同铺层间界面处。
4.根据权利要求1所述的复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，步骤s4具体包括如下过程：
5.根据权利要求4所述的复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，步骤s44中，对于玻璃纤维增强塑料，疲劳载荷为静态拉伸强度或静态拉伸失效应变的75％(对应的疲劳寿命约为104次循环)、55％(对应的疲劳寿命约为105次循环)、40％(对应的疲劳寿命约为5×105次循环)或30％(对应的疲劳寿命约为1×106次循环或2×106次循环)；碳纤维增强塑料的疲劳水平为静态拉伸强度或静态拉伸失效应变的80％(对应的疲劳寿命约为104次循环)、65％(对应的疲劳寿命约为105次循环)、55％(对应的疲劳寿命约为5×105次循环)或45％(对应的疲劳寿命约为1×106次循环或2×106次循环)。
6.根据权利要求4所述的复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，步骤s45中，在疲劳过程开始时每10万次循环进行一次无损检测。
7.根据权利要求4所述的复合材料疲劳环境下分层缺陷扩展过程监测的测试方法，其特征在于，步骤s45中，所述无损检测手段采用可在线监测分层缺陷(1)尺寸的方法，选自在线超声、shm方法中的任意一种。
