[發(fā)明專利]一種界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011491149.6
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112710566B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 黃培彥;李穩(wěn);陳展標;郭馨艷;鄭小紅;楊怡
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N1/38;G01N1/36
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

1.一種界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、制備多組不同長度預制界面裂紋的剪切試件；

S2、對所有的剪切試件進行剪切實驗，基于剪切實驗的實驗數(shù)據(jù)，獲得各組剪切試件的載荷～位移曲線；

S3、對剪切實驗的實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，建立相應的載荷～位移曲線方程；

S4、對剪切實驗的實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，確定各個剪切試件的臨界位移或臨界載荷；

S5、根據(jù)載荷～位移曲線方程，計算剪切試件中裂紋擴展時單位寬度下的勢能變化量，以計算得到界面II型裂紋的能量釋放率，并得到能量釋放率與載荷之間的關(guān)系曲線以及能量釋放率與加載位移之間的關(guān)系曲線；

S6、根據(jù)S4確定的臨界位移或臨界載荷，由S5確定的能量釋放率與加載位移之間的關(guān)系曲線或能量釋放率與載荷之間的關(guān)系曲線，確定相對應的能量釋放率，則此能量釋放率為界面II型裂紋的臨界能量釋放率；

步驟S5中根據(jù)載荷～位移曲線方程，計算剪切試件中裂紋擴展時單位寬度下的勢能變化量δΠ，具有以下兩種情況：

(1)載荷不變時：

此為式(1)，其中δΔ為相同載荷條件下不同預制裂紋長度對應的位移差值；

(2)位移不變時：

此為式(2)，其中δF為相同位移條件下不同預制裂紋長度對應的載荷差值；

令連續(xù)纖維片材與混凝土的粘貼寬度為w，完成剪切實驗后預制裂紋的擴展長度為δa，則勢能變化量δΠ與能量釋放率G之間的關(guān)系為：

-δΠ＝Gwδa，此為式(3)，

則由式(1)和式(3)可得：

此為式(4)；

由式(2)和式(3)可得：

此為式(5)；

再根據(jù)步驟S2中實驗數(shù)據(jù)，由式(4)可得到能量釋放率G與載荷F之間的關(guān)系曲線，由式(5)可得到能量釋放率G與加載位移Δ的關(guān)系曲線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法，其特征在于，步驟S1包括以下步驟：

S1-1、設計和制作混凝土試塊模具；

S1-2、將加載和對中用的螺紋鋼筋穿過混凝土試塊模具端部的通孔，并將螺紋鋼筋固定在混凝土試塊模具；

S1-3、將攪拌好的混凝土澆筑至混凝土試塊模具中，并采用振動棒對這些混凝土搗實，養(yǎng)護一定時間后，以使混凝土試塊模具中的混凝土凝固成混凝土試塊，此混凝土試塊包裹螺紋鋼筋的桿身；

S1-4、按照養(yǎng)護標準對混凝土試塊進行養(yǎng)護，再對養(yǎng)護后的混凝土試塊需要粘貼連續(xù)纖維片材的表面進行打磨；

S1-5、螺紋鋼筋的一端連接有緊固帽，此緊固帽與混凝土試塊的自由端面緊貼，混凝土試塊的上、下兩個表面通過粘結(jié)膠與連續(xù)纖維片材粘結(jié)；

S1-6、對連續(xù)纖維片材與混凝土之間的界面預制裂紋，以制成剪切試件，其中相鄰兩組試件的預制裂紋長度增量都為Δa，此Δa為常數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法，其特征在于，步驟S2包括以下步驟：

S2-1、在連續(xù)纖維片材的表面噴涂散斑，再用夾緊裝置將整個剪切試件夾緊，而螺紋鋼筋的另一端通過組合加載頭與試驗機連接；

S2-2、安裝DIC測試裝置，此DIC測試裝置的數(shù)據(jù)采集部對準涂有散斑的片板表面；

S2-3、試驗機采用位移控制模式對剪切試件進行加載，以完成剪切實驗；

S2-4、基于試驗機控制系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，獲得各個剪切試件的載荷～位移曲線。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法，其特征在于：步驟S2-3中，試驗機采用位移控制模式對剪切試件進行加載時，加載速度為0.005mm/s。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法，其特征在于：步驟S3包括以下步驟：

S3-1、刪除每個剪切試件的載荷～位移曲線的裂紋起裂點之后的數(shù)據(jù)，該起裂點所對應的載荷和位移分別為各個剪切試件的臨界載荷和臨界位移；

S3-2、將每組不同剪切試件的數(shù)據(jù)采用多項式進行擬合，以得到載荷～位移方程。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面II型裂紋的臨界能量釋放率測試方法，其特征在于：步驟S4包括以下步驟：

S4-1、根據(jù)各個有效的剪切試件的載荷～位移實驗曲線，確定各載荷～位移實驗曲線相對應的剪切試件的臨界位移或臨界載荷；

S4-2、對各個剪切試件的臨界位移Δ_c和預制裂紋長度a₀的實驗數(shù)據(jù)或臨界載荷F_c和預制裂紋長度a₀的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，得到Δ_c～a₀曲線方程或F_c～a₀曲線方程，以確定剪切試件的界面的臨界位移Δ_c或臨界載荷F_c。