Abstract In this study, the mixed mode I/II notch fracture toughness (NFT) of polymeric (PMMA and GPPS) specimens weakened by U- and key-hole notches is assessed experimentally and theoretically. For this aim, first, by performing experiments, the apparent fracture toughness values of cracked polymeric semi-circular bending (SCB) and Brazilian disk (BD) specimens with four different radii are specified. Next, multiple fracture experiments are conducted on the notched polymeric SCB and BD specimens at four different scales, from which the critical loads are measured and converted to the NFT values. Then, the critical radius of the fracture process zone (FPZ) for the notched polymeric specimens is acquired using two different equations already suggested in literature for cracks. A well-established stress-based failure model, namely the point stress (PS) criterion, is employed for anticipating the NFT values of the specimens tested at various scales, by taking advantages of two different critical distance formulas. The results show that at all of the four scales, the fracture toughness values of U- and key-hole notches achieved from PS criterion are in good agreement with the experimental results. Also, shown in this research is that the mixed mode NFT is considerably dependent on the nominal radius of the specimen, such that, as the specimen radius increases, the mixed mode NFT increases significantly. Moreover, it is exhibited that for the present specimens tested, both the critical distance formulas give almost the same predictions, proposing that each of them can be arbitrarily chosen for the NFT prediction.

中文翻译：

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不同尺度准脆性聚合物试样的混合模式缺口断裂韧性评估

摘要 在这项研究中，通过实验和理论评估了聚合物（PMMA 和 GPPS）试样的混合模式 I/II 缺口断裂韧性 (NFT)，该试样被 U 型和锁孔缺口削弱。为此，首先，通过进行实验，指定了具有四种不同半径的开裂聚合物半圆弯曲 (SCB) 和巴西圆盘 (BD) 试样的表观断裂韧性值。接下来，在四个不同尺度下对缺口聚合物 SCB 和 BD 试样进行多次断裂实验，从中测量临界载荷并将其转换为 NFT 值。然后，使用已在文献中提出的关于裂纹的两个不同方程获得缺口聚合物试样的断裂过程区 (FPZ) 的临界半径。一个完善的基于应力的失效模型，即点应力 (PS) 准则，通过利用两种不同的临界距离公式，用于预测在各种尺度下测试的试样的 NFT 值。结果表明，在所有四个尺度下，由PS准则获得的U形和钥匙孔缺口的断裂韧度值与实验结果非常吻合。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。通过利用两种不同的临界距离公式，用于预测在各种尺度下测试的样本的 NFT 值。结果表明，在所有四个尺度下，由PS准则获得的U形和钥匙孔缺口的断裂韧度值与实验结果非常吻合。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。通过利用两种不同的临界距离公式，用于预测在各种尺度下测试的样本的 NFT 值。结果表明，在所有四个尺度下，由PS准则获得的U形和钥匙孔缺口的断裂韧度值与实验结果非常吻合。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。通过利用两种不同的临界距离公式。结果表明，在所有四个尺度下，由PS准则获得的U形和钥匙孔缺口的断裂韧度值与实验结果非常吻合。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。通过利用两种不同的临界距离公式。结果表明，在所有四个尺度下，由PS准则获得的U形和钥匙孔缺口的断裂韧度值与实验结果非常吻合。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。由PS准则获得的U型和锁孔缺口的断裂韧性值与实验结果吻合良好。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。由PS准则获得的U型和锁孔缺口的断裂韧性值与实验结果吻合良好。此外，本研究表明，混合模式 NFT 在很大程度上取决于试样的标称半径，因此，随着试样半径的增加，混合模式 NFT 显着增加。此外，表明对于目前测试的样本，两个临界距离公式给出了几乎相同的预测，建议可以任意选择它们中的每一个进行 NFT 预测。