[发明专利]一种界面裂纹的单侧J-积分方法

权利要求书

1.一种界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、定义单侧J-积分，并建立单侧J-积分的计算公式：

此为式(1)，

式中，n为环状积分路径/区域Γ内的子单元AI的个数；Gp代表每个子单元中高斯积分点p的个数；u_i为位移场，σ_ij为每个单元节点上的应力，x_i为坐标轴的方向，i，j＝1,2分别代表y、x方向，其中y为裂纹扩展方向；ω为应变能密度；q₁为梯度函数，在内边界Γ₁上取1，在外边界Γ₀上取0；δ_1j为克罗内克张量；x_k、η_k分别为实参、形参单元的坐标，k＝1,2代表y、x方向；为高斯积分点p的权重系数；指向y方向为正；

S2、实施界面剪切实验，获取需要计算J-积分的试件界面一侧的位移场；

S3、根据步骤S2的实验数据及步骤S1中的计算公式，计算单侧J-积分；

S4、建立基于单侧J-积分的界面裂纹失稳扩展判据，以对界面裂纹的扩展行为以及试件的界面破坏行为进行评价。

2.根据权利要求1所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于，在步骤S1中，单侧J-积分为只在试件界面的一侧构件上划分积分路径。

3.根据权利要求1所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于，在步骤S2中，包括以下步骤：

S2-1、制备带有不同预制界面裂纹长度的剪切试件；

S2-2、实施界面剪切实验，并采用全场位移/应变测量方法获取试件界面一侧构件的位移场/应变场。

4.根据权利要求3所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：所述剪切试件为FRP-混凝土界面剪切试件、FRP-钢板界面剪切试件、热障涂层试件和层合板界面剪切试件中的任意一种。

5.根据权利要求3所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：所述全场位移/应变测量方法为数值图像相关方法、应变片测量方法和基于光弹性原理、声发射原理、超声导波原理、X-射线原理或中子散射原理的测试方法中的任意一种或组合。

6.根据权利要求3所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：所述界面剪切实验为界面单剪实验、界面双剪实验和梁式剪切实验中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：在步骤S3中，包括以下步骤：

S3-1、基于单侧J-积分的定义确定积分路径；

S3-2、编制有限元程序，以计算各个积分路径上的应力场及应变能密度；

S3-3、根据单侧J-积分的计算公式及所有积分路径，选取任意一个积分路径计算单侧J-积分，以验证单侧J-积分与积分路径无关的特性，并获得单侧J-积分～位移曲线。

8.根据权利要求7所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：在验证单侧J-积分与积分路径无关的特性时，避开非界面裂纹的宏观裂纹。

9.根据权利要求1所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于，在步骤S4中，基于单侧J-积分，界面裂纹失稳扩展判据为：

此为式(2)，

式中，为单侧J-积分从J～位移曲线稳定阶段到界面裂纹失稳扩展时的增量；J_c为界面一侧材料中裂纹的临界J-积分值；G_side-c为界面一侧材料中裂纹的临界能量释放率。

10.根据权利要求9所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：若则可判别界面局部裂纹扩展方向与界面整体裂纹扩展方向相同；若则可判别界面局部裂纹扩展方向与界面整体裂纹扩展方向相反。

11.根据权利要求7所述的界面裂纹的单侧J-积分方法，其特征在于：若界面裂附近有其他非界面裂纹，对比同一个试件中不同积分路径的若某个出现奇异性，则可判定该积分路径内出现了非界面裂纹的其他宏观裂纹。