[發明專利]一種界面裂紋的單側J-積分方法

有效

• 申請號: 202110045834.4
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN113029817B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 黃培彥;李穩;陳展標;郭馨艷;楊怡;鄭小紅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

1.一種界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、定義單側J-積分，并建立單側J-積分的計算公式：

此為式(1)，

式中，n為環狀積分路徑/區域Γ內的子單元AI的個數；Gp代表每個子單元中高斯積分點p的個數；u_i為位移場，σ_ij為每個單元節點上的應力，x_i為坐標軸的方向，i，j＝1,2分別代表y、x方向，其中y為裂紋擴展方向；ω為應變能密度；q₁為梯度函數，在內邊界Γ₁上取1，在外邊界Γ₀上取0；δ_1j為克羅內克張量；x_k、η_k分別為實參、形參單元的坐標，k＝1,2代表y、x方向；為高斯積分點p的權重系數；指向y方向為正；

S2、實施界面剪切實驗，獲取需要計算J-積分的試件界面一側的位移場；

S3、根據步驟S2的實驗數據及步驟S1中的計算公式，計算單側J-積分；

S4、建立基于單側J-積分的界面裂紋失穩擴展判據，以對界面裂紋的擴展行為以及試件的界面破壞行為進行評價。

2.根據權利要求1所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于，在步驟S1中，單側J-積分為只在試件界面的一側構件上劃分積分路徑。

3.根據權利要求1所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于，在步驟S2中，包括以下步驟：

S2-1、制備帶有不同預制界面裂紋長度的剪切試件；

S2-2、實施界面剪切實驗，并采用全場位移/應變測量方法獲取試件界面一側構件的位移場/應變場。

4.根據權利要求3所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：所述剪切試件為FRP-混凝土界面剪切試件、FRP-鋼板界面剪切試件、熱障涂層試件和層合板界面剪切試件中的任意一種。

5.根據權利要求3所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：所述全場位移/應變測量方法為數值圖像相關方法、應變片測量方法和基于光彈性原理、聲發射原理、超聲導波原理、X-射線原理或中子散射原理的測試方法中的任意一種或組合。

6.根據權利要求3所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：所述界面剪切實驗為界面單剪實驗、界面雙剪實驗和梁式剪切實驗中的任意一種。

7.根據權利要求1所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：在步驟S3中，包括以下步驟：

S3-1、基于單側J-積分的定義確定積分路徑；

S3-2、編制有限元程序，以計算各個積分路徑上的應力場及應變能密度；

S3-3、根據單側J-積分的計算公式及所有積分路徑，選取任意一個積分路徑計算單側J-積分，以驗證單側J-積分與積分路徑無關的特性，并獲得單側J-積分～位移曲線。

8.根據權利要求7所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：在驗證單側J-積分與積分路徑無關的特性時，避開非界面裂紋的宏觀裂紋。

9.根據權利要求1所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于，在步驟S4中，基于單側J-積分，界面裂紋失穩擴展判據為：

此為式(2)，

式中，為單側J-積分從J～位移曲線穩定階段到界面裂紋失穩擴展時的增量；J_c為界面一側材料中裂紋的臨界J-積分值；G_side-c為界面一側材料中裂紋的臨界能量釋放率。

10.根據權利要求9所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：若則可判別界面局部裂紋擴展方向與界面整體裂紋擴展方向相同；若則可判別界面局部裂紋擴展方向與界面整體裂紋擴展方向相反。

11.根據權利要求7所述的界面裂紋的單側J-積分方法，其特征在于：若界面裂附近有其他非界面裂紋，對比同一個試件中不同積分路徑的若某個出現奇異性，則可判定該積分路徑內出現了非界面裂紋的其他宏觀裂紋。