重组竹Ⅱ型断裂试验研究及数值模拟

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:suncj007
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重组竹是一种新型绿色、可持续建筑结构用材,它的力学性能优于传统木材产品,重组竹材料纤维定向增强的特性使其可以被理想化为正交各项异性材料,其纤维方向的强度远远高于另外两个方向。研究表明,重组竹的破坏主要成断裂模式,其内部裂纹通常沿其顺纹方向扩展,导致重组竹受力构件发生I型、Ⅱ型或混合型断裂破坏。故研究重组竹顺纹断裂特性、建立含断裂参数的破坏准则是竹木建筑结构设计亟待解决的问题。本文通过ENF试验研究了重组竹顺纹Ⅱ型裂纹断裂特性,并采用基于扩展有限元的虚拟裂纹闭合技术模拟了ENF试验裂纹扩展过程,得到以下结论:(1)重组竹顺纹Ⅱ型裂纹沿初始方向扩展,裂纹扩展具有自相似性;构件破坏先后经历两个阶段:首先是FPZ发展,由于裂纹尖端FPZ的发展起到了增韧的作用,加载初期R曲线呈增长趋势;随后裂纹失稳扩展,扩展过程中R曲线基本保持水平;(2)分别使用修正梁理论法、柔度标定法及数值分析J-积分法求解了重组竹Ⅱ型临界能量释放率GⅡc,三者结果基本一致,均表明重组竹顺纹GⅡc是一个和初始裂纹长度无关的定值,给出了GⅡc参考值为2.4N/mm;(3)重组竹顺纹Ⅱ型断裂韧度KⅡc平均值为4079 k Nm-3/2,大约是传统木材产品的2倍;当构件厚度大于10mm时,其断裂韧度几乎不受厚度影响;(4)采用XFEM-VCCT方法模拟了重组竹ENF构件断裂试验,模拟结果与试验结果吻合良好,为建立一种评估含Ⅱ型裂纹的重组竹构件极限承载力的数值方法奠定了基础。
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