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几个J积分解析解及其在断裂韧性测试中的应用

J积分，断裂韧性，能量释放率，分层

分层是复合材料最严重的失效模式之一。断裂韧性是表征材料抵抗裂纹扩展能力的材料性能参数。高韧性纤维增强复合材料双悬臂梁（DCB）实验容易发生大变形，楔入式双悬臂梁（WDCB）由于轴向力引入的额外弯矩严重依赖试样的变形而使得准确获得层间能量释放率变得非常困难，陶瓷基复合材料双悬臂梁实验中梁容易发生弯曲破坏而非分层扩展，如何准确考虑试样的大变形和实现分层扩展是准确获得高韧性纤维增强树脂基复合材料和陶瓷基复合材料层间断裂韧性的关键。针对这些问题，本文提出采用J积分和碳纤维树脂基复合材料与陶瓷基复合材料叠层双悬臂梁（TDCB）方法，推导了大变形复合材料DCB，WDCB和纤维增强树脂基与陶瓷基复合材料叠层双悬臂梁(TDCB)的J积分解析解。在此基础上，提出了测试大变形条件下碳纤维增强树脂基复合材料DCB、WDCB和陶瓷基复合材料层间断裂韧性的J积分方法。实验和数值分析结果表明：J积分方法简单、精确、适用范围广。