[发明专利]一种界面裂纹的单侧J-积分方法

说明书

本发明公开了一种界面裂纹的单侧J‑积分方法，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；S2、实施界面剪切实验，获取需要计算J‑积分的界面一侧构件的位移场/应变场；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复合结构的界面破坏行为进行评价。本发明既可以方便地计算单侧为均质材料的界面裂纹的J‑积分，也可以计算单侧为非均质材料的界面裂纹的J‑积分，还可适用于不同受力状态下带裂纹状缺陷的复合结构的界面破坏分析。

技术领域

本发明涉及断裂力学计算及测试技术领域，具体涉及一种界面裂纹的单侧J-积分方法。

背景技术

对于以界面破坏为主的复合结构，如纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)构件、FRP加固钢结构件、热障涂层覆盖的结构等，现有界面破坏行为的评价模型，尤其是FRP-混凝土/钢板界面破坏的评价模型，通常是基于强度理论的粘聚力模型和界面粘结-滑移模型。但这些模型尚未有统一的表达式，且含有多个拟合参数，无论是在计算精度上还是使用便利性方面都有待改善。而且，在复合结构界面的破坏过程中往往伴随有界面裂纹萌生和扩展的过程。一旦界面裂纹扩展，基于粘聚力模型或粘结-滑移模型的强度理论无法对界面的破坏行为进行精确的分析，需要采用界面断裂力学的分析方法。

目前，可应用于界面裂纹扩展行为分析的断裂力学理论有三种：应力强度因子K、能量释放率G、J-积分。其中，以应力强度因子K为指标的评价方法有以下困难：首先，计算界面裂纹的应力强度因子的过程相当复杂，而且即使求得界面裂纹的应力强度因子，但因为其为多解性，故很难确定哪个应力强度因子才是正解。其次，利用界面应力强度因子去评价界面裂纹的扩展行为尚未有统一的模型。相较于界面应力强度因子，具有唯一确定值和统一评价模型的界面裂纹的能量释放率G或J-积分，可认为更适合于评价界面裂纹的扩展行为。

然而，简单结构中裂纹的能量释放率可以通过载荷～位移曲线获得，适合用来标定界面破坏的临界能量释放率，但是在复杂结构中却难以通过载荷～位移曲线获得。近年来得到广泛应用的数值图像相关(DIC)方法可以直接测量裂纹附近区域的位移场，为计算复杂结构中裂纹的J-积分提供了有力的条件。目前已有不少学者将这种基于DIC技术的J-积分计算方法应用在金属及其合金、石墨、陶瓷等材料性能的研究中。这种方法不需要确定裂纹尖端的位置，且具有鲁棒性，这对于非均质材料来说具有明显的优势。但是对于有界面破坏可能的复合结构，如FRP加固RC结构、FRP加固钢结构等，由于FRP的计算厚度与混凝土、钢板等另外一侧构件的厚度的数量级不同，而且界面两侧的材料特性也有较大的区别，导致该类界面裂纹问题的J-积分计算存在较大困难，目前有关研究成果尚未见报道。因此，对于复合结构的界面破坏行为的精确评价，需要一种新的断裂力学分析方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种界面裂纹的单侧J-积分方法。此界面裂纹的单侧J-积分方法可对复合结构的界面破坏行为进行精确评价，既可以方便地计算单侧为均质材料的界面裂纹的J-积分，也可以计算单侧为非均质材料的界面裂纹的J-积分。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本界面裂纹的单侧J-积分方法，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：