Như đã giới thiệu trong chương I, tiêu chuẩn phá hủy của bề mặt chung giữa hai lớp vật liệu đã được nhiều nghiên cứu đề cập (Choupani [17-20], Hutchinson và Suo [52,90], Wang và Suo [104]). Tiêu chuẩn phá hủy tổng quát (hàm độ bền phá hủy) của bề mặt chung được thiết lập bằng phương pháp nội suy dựa trên những dữ liệu thí nghiệm của tập hợp các kiểu phá hủy (Choupani [17], Wang và Suo [104]). Trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của cơ học phá hủy bề mặt chung giữa hai lớp vật liệu và cùng với sự phát triển của các thiết bị thí nghiệm, nhiều phương pháp với các mẫu thí nghiệm khác nhau đã được đề nghị để xác định tiêu chuẩn phá hủy của bề mặt chung giữa hai lớp vật liệu ở kích thước cỡ micrô, nanô mét. Ví dụ như phương pháp sử dụng thí nghiệm trầy xước (scratch test) (Bagchi và Evans [8], De Boer và cộng sự [29], Lee và các tác giả [74]), thí nghiệm bóc lớp (peel test) (Kinloch và cộng sự [61], Kim và các tác giả [66]), thí nghiệm làm phồng (blister test) (Jensen [56], Liechi và Liang [75], Takashi và các tác giả [98]), dầm uốn 3 điểm (Zoua và cộng sự [109]), dầm công xôn kép (Sundararaman và Davidson [95]), dầm uốn 4 điểm (Charalambides và các tác giả [15], Dauskardt và cộng sự [27,28], Hofinger và đồng nghiệp [51], dầm uốn 4 điểm sửa đổi (Hirakata và cộng sự [47]), dầm chìa (projection) (Kamiya và các tác giả [57]), dầm công xôn kiểu sandwiched (sandwiched cantilever) (Kitamura và cộng sự [62-64]), phương pháp làm lõm (indentation method) (Li và Siegmund [76], Marshall và Evans [77]), phương pháp làm lõm cải tiến (superlayer indentation method) (Kriese và cộng sự [69,70]) và thí nghiệm lớp phủ (superlayer test) (Bagchi và Evans [8,9], Kinbara và cộng sự [67]) (Hình 2.1). Tuy nhiên, các mẫu thí nghiệm trên đều khó thay đổi kiểu phá hủy nên chỉ có thể xác định được tiêu chuẩn phá hủy ở các vị trí đặc biệt như kiểu phá hủy thuần túy mode I và ở một vài kiểu phá hủy hỗn hợp (mixed-mode) nhất định.
Từ những phân tích trên cho thấy rằng việc xác định tiêu chuẩn phá hủy của bề mặt chung giữa hai lớp vật liệu ở một kiểu phá hủy hỗn hợp mong muốn vẫn là một khó khăn. Gần đây, hai mẫu thử đĩa Brazil-nut (Wang và Suo [104]) (Hình 1.10) và đĩa Arcan (Choupani [17]) (Hình 1.11) có ưu điểm là dễ dàng kiểm soát được các kiểu phá hủy đã được sử dụng rộng rãi để thiết lập tiêu chuẩn phá hủy tổng quát của bề mặt
28
chung giữa hai lớp vật liệu (Choupani [17-19], Hasanpour và cộng sự [43], Rahbar và các tác giả [88], Tong và cộng sự [101]). Với hai mẫu thử đề nghị, tiêu chuẩn phá hủy có thể được xác định không những ở kiểu phá hủy thuần túy mode I, mode II mà còn ở các kiểu phá hủy hỗn hợp bất kỳ. Mặc dù tiêu chuẩn phá hủy tổng quát của bề mặt chung có thể được thiết lập theo phương pháp này, nhưng do việc chế tạo mẫu thử có vết nứt ban đầu là không dễ và đặc biệt khó khăn khi chiều dày của các lớp vật liệu ở kích thước dưới micrô mét. Vì vậy, việc cần thiết tìm ra một phương pháp đơn giản hơn để có thể xây dựng được tiêu chuẩn phá hủy tổng quát của bề mặt chung giữa hai lớp vật liệu ở kích thước cỡ micrô, nanô mét.
Trong chương này, để thực hiện mục đích trên một phương pháp mới được đề nghị. Thí nghiệm tách lớp ở hai kiểu phá hủy hỗn hợp bất kỳ được thực hiện. Tốc độ giải
phóng năng lượng G và góc pha hỗn hợp được xác định bằng phương pháp phần tử
hữu hạn (FEM). Hệ số kể đến ảnh hưởng của mode II đến tiêu chuẩn phá hủy được xác định thông qua quan hệ giữa tốc độ giải phóng năng lượng ở hai kiểu phá hủy hỗn hợp. Tiêu chuẩn phá hủy tổng quát của bề mặt chung cuối cùng được thiết lập qua một hàm độ bền phá hủy thực nghiệm dựa trên các giá trị , và G.
(a) Thí nghiệm trầy xước
(b) Thí nghiệm bóc lớp Lớp vật liệu nền Lớp vật liệu mỏng Đầu đặt lực P P Lớp vật liệu mỏng Lớp vật liệu nền Lớp vật liệu phủ
29
(c) Thí nghiệm làm phồng
(d) Thí nghiệm dầm uốn 3 điểm
(e) Thí nghiệm dầm công xôn kép P Lớp vật liệu mỏng Lớp vật liệu nền Vật liệu nền mỏng P P/2 Vết nứt P/2 Lớp vật liệu mỏng Lớp vật liệu nền P P Lớp vật liệu nền Lớp vật liệu mỏng
30
(g) Thí nghiệm dầm uốn 4 điểm sửa đổi
Lớp vật liệu nền
Lớp vật liệu phủ
P/2 P/2
Lớp vật liệu mỏng
(f) Thí nghiệm dầm uốn 4 điểm
P/2 P/2 a Lớp vật liệu mỏng Lớp vật liệu nền Vết nứt Phóng to vùng vết nứt
31
(h) Thí nghiệm dầm chìa
(i) Thí nghiệm dầm công xôn kiểu sandwiched
Đầu đặt lực a Lớp vật liệu mỏng Lớp vật liệu nền (j) Phương pháp làm lõm P Lớp vật liệu nền Lớp vật liệu mỏng Vết nứt P a Lớp vật liệu nền Vết nứt Lớp vật liệu mỏng Phóng to vùng vết nứt Dầm công xôn
32