ICS83.080.01 CCS G 31
G
中华人民共和国国家标准
GB/T41932—2022
塑料 断裂韧性（GIC和KIC）的测定
线弹性断裂力学（LEFM)法
Plastics-Determinationoffracturetoughness(GicandKic)-Linearelastic
fracture mechanics (LEFM) approach
（ISO13586:2018,MOD)
2023-04-01实施
2022-12-30发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T41932—2022
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 符号 5 试样 6 状态调节与试验环境 7 仪器设备 8 试验步骤 9 结果计算与表示 10 精密度 11 试验报告附录A（资料性） 本文件与ISO13586：2018结构编号对照情况附录B（资料性) 含短纤维塑料的试验附录C(规范性) 校正因子参考文献
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13
14
17 19 GB/T 41932—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件修改采用ISO13586：2018《塑料断裂韧性（Gic和Kic）的测定线弹性断裂力学(LEFM) 法》。
本文件与ISO13586：2018相比在结构上有较多调整，两个文件之间的结构编号变化对照一览表见附录A。
本文件与ISO13586：2018的技术差异及其原因如下：
增加了“符号”一章（见第4章），以方便操作者理解使用本文件；用规范性引用的GB/T39812替换了ISO2818（见5.2），以适应我国的技术条件，增加可操作性；用规范性引用的GB/T12160一2019替换了ISO9513（见7.1、7.3），以适应我国的技术条件，增加可操作性；用规范性引用的GB/T16825.1一2022替换了ISO7500-1（见7.1、7.2），以适应我国的技术条件，增加可操作性；用规范性引用的GB/T1040.1替换了ISO527-1（见9.4），以适应我国的技术条件，增加可操作性；一用规范性引用的GB/T1041替换了ISO604（见9.4），以适应我国的技术条件，增加可操作性。
本文件做了下列编辑性改动：
正文的部分解释说明性内容变更为注（见第1章）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国石油和化学工业联合会提出。 本文件由全国塑料标准化技术委员会（SAC/TC15)归口。 本文件起草单位：中石化(北京)化工研究院有限公司、中蓝晨光化工研究设计院有限公司、广州恒
佳精工科技有限公司、青岛市产品质量检验研究院、厦门银都利工业有限公司、东莞市精安新材料有限公司、山东非金属材料研究所、深圳市骏鼎达新材料股份有限公司、承德市精密试验机有限公司、吉林省产品质量监督检验院、东莞市群安塑胶实业有限公司、江苏泰特尔新材料科技股份有限公司、山东精诚工业自动化设备有限公司。
本文件主要起草人：胡孝义、者东梅、张彦君、谢飞鹏、乔海清、向梅、黄卫华、孙岩、黄兴、王新华、 李尚禹、郭迎迎、晏晓峰、韩建伟、滑丁朋、朱天戈。 GB/T419322022
塑料断裂韧性（GIc和KIC）的测定
线弹性断裂力学（LEFM）法
1范围
本文件描述了在给定条件、裂纹张开模式（模式I）下测定塑料断裂韧性的方法。为了适应不同类型的设备或不同类型的材料，描述了两种带预制裂纹试样的试验方法，即三点弯曲试验和紧凑试样拉伸试验。
本文件适用于以下材料，包括含有长度小于或等于7.5mm短纤维的复合材料：
刚性和半刚性热塑性模塑、挤出和浇铸材料；刚性和半刚性热固性模塑和浇铸材料。
注1：通常认为，长度0.1mm～7.5mm的短纤维会导致断裂过程中裂纹尖端区的非均质性和各向异性。附录B提
供了在限定条件下将相同测试步骤的适用范围延伸到含有此类短纤维的刚性和半刚性热塑性或热固性塑料的测试。
注2：由于采用的模型假设了产生裂纹的材料具有线弹性特性且裂纹尖端处于平面应变状态，因此为确保测试的有
效性，对力-位移曲线的线性、试样宽度和厚度加人了一定的限制（见9.4)。裂纹足够尖锐，以防止更尖锐的裂纹导致测量性能值显著降低。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1040.1 塑料拉伸性能的测定第1部分：总则（GB/T1040.1一2018，ISO527-1：2012， IDT)
GB/T1041塑料压缩性能的测定（GB/T1041—2008，ISO604：2002，IDT） GB/T12160-2019金属材料单轴试验用引伸计系统的标定(ISO9513:2012，IDT) GB/T16825.12022静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的
检验与校准（ISO7500-1：2018，IDT）
GB/T39812塑料试样的机加工制备（GB/T39812—2021，ISO2818：2018，IDT)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
能量释放率 energy release rate G 裂纹面积扩大（A)引起外力功（8Ut）和变形体的应变能（8U.）的变化，计算见公式(1)。
G= Uext_U,
(1 )
8A A
注：以焦耳每平方米(J/m")为单位。
1 GB/T41932—2022
3.2
临界能量释放率criticalenergyreleaserate Gic 在平面应变加载条件下，裂纹开始扩展时，预制裂纹试样的能量释放率（3.1）。 注：以焦耳每平方米(J/m")为单位。
3.3
应力强度因子 stressintensityfactor K 与裂纹尖端距离（r)趋于零时、垂直于裂纹区域的应力[α（r)和2元r平方根乘积的极限值，计算见
公式(2)。
(2)
K=limr+00(r）×/2元r
注1：以帕二分之一次方米(Pa·m/2)为单位。 注2：尽管该值具有量纲，但由于“因子”一词较为通用，此处在术语中采用词语“因子”。
3.4
临界应力强度因子criticalstressintensityfactor Kic 裂纹尖端周围在平面应变加载条件下，裂纹开始扩展时的应力强度因子（3.3)值。 注1：以帕二分之一次方米(Pa·m/2)为单位。 注2：材料的临界应力强度因子（Kc）与其临界能量释放率(Grc)相关，计算见公式(3)。
Gic = Ki
(3)
E
式中： E- 弹性模量，在相同的加载时间（直至裂纹萌生）和温度条件下测定。 在平面应变条件下，计算见公式(4)。
E: E.
(4)
式中： E, - - -拉伸弹性模量（见GB/T1040.1)；
泊松比（见GB/T1040.1)。
A
3.5
位移displacement 加载装置移动的距离。 注1：以米(m)为单位。在断裂试验中，加载装置的位移以s，表示。按照8.3中的规定校正的后加载装置的位移以
s表示。
注2：在压痕试验中，加载装置的位移以sa表示。
3.6
刚度 stiffness s 力-位移曲线的初始斜率，计算见公式（5)。
S= dF
·（5)
ds
注：以牛顿每米(N/m)为单位。 2 GB/T41932—2022
3.7
力 force Fα 裂纹开始扩展时的外加载荷。 注：以牛顿(N)为单位。
3.8
能量 量energy WB 裂纹开始扩展时输入的功。 注1：以焦耳(J)为单位。 注2：Ws基于校正后的力-位移曲线。
3.9
裂纹长度 cracklength a 基准线与初始裂纹尖端的距离。 注1：以米(m)为单位。 注2：初始裂纹制备见5.3。 注3：对于三点弯曲试样，裂纹长度从缺口面开始测量。对于紧凑型拉伸试样，裂纹长度从荷载线开始测量，即从穿
过荷载销孔中心的线开始测量（见图1和图2）。 注4：裂纹长度(a)除以试样宽度(w)进行归一化处理(a=α/w）。
3.10
能量校正因子 energy calibration factor d 考虑试样裂纹长度对刚度影响的系数，计算见公式（6）。
(a/w)=-S(
ds
·(6)
式中： s a(=a/w) 归一化裂纹长度（见3.9）。 注：附录C中给出了这两种类型试样的(a/w)值。
试样的刚度；
-
3.11
几何校正因子 geometry calibration factor f 用于说明试样结构和尺寸的系数。 注：两种试样的(a/w)值见附录C。
3.12
特征长度 characteristic length I 裂纹尖端塑性变形区的尺寸。 注：根据9.4检查尺寸是否符合判据。
4 符号
表1给出的符号及其说明适用于本文件。
3 GB/T41932—2022
2
标引符号说明：
宽度； W 总宽度，W=1.25w±0.01w；
w
长度，l1=1.2w±0.01w；
l; 12 在对称裂纹平面上两个孔中心之间的距离，l2=0.55w士0.005w；
半径，R=0.125w±0.005w；厚度，0.4w R h a
图2CT试样示意图
5.2试样制备
试样的制备应符合相关材料国家标准和GB/T39812的要求。对于各向异性的试样，注意在每个试样上标注参考方向。 5.3预制裂纹
可用下列方法来预制裂纹， a): 在试样上加工一个锋利的缺口，然后通过轻敲缺口中放置的新刀片来产生自然裂纹，由此产生
的裂纹长度应大于原始缺口尖端半径的4倍。这对于脆性试样更重要，因为此过程可以使其产生自然裂纹，但应避免裂纹过长或试样局部损伤。
b）如果不能产生自然裂纹（如在坚硬的试样中），则通过滑动刀片使缺口尖锐。每个试样使用一
个新的刀片。由此产生的裂纹长度应大于原始缺口尖端半径的4倍。 降低试样温度后再用刀片轻敲，有利于韧性试样产生自然裂纹。
由于可能会产生诱导残余应力，不建议将刀片压入缺口。
6状态调节与试验环境
除非另有规定，应采用相关材料标准中规定的条件进行状态调节。如果没有相关要求，优选条件是温度(23士2)℃、相对湿度(50士10)%。如果已知材料特性对湿度不敏感，可以不进行湿度控制。除非相关方协商一致，否则应在与状态调节相同的环境下进行试验。
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