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麻类作物是我国的特色农作物，麻类作物韧皮纤维初加工的剥制一直麻类纤维后续加工的关键环节。大多数研究主要集中设计机械机构解决韧皮纤维的剥制，而没对麻茎秆界面分离机理进行深入研究。从而导致设计的茎秆分离机械在韧皮纤维分离过程中始终难以达到后续生产加工的质量要求。因此，开展麻类茎秆界面分离机理试验研究数值模拟，可揭示茎秆界面分离的力学行为，为设计生产麻类茎秆分离机械提供有效的技术参数和优化具有重大意义。
麻类茎秆横截面的植物结构由表面韧皮纤维层和木质部之间有一种很薄的生物胶质层组成。前期许多研究人员对麻类茎秆力学性能试验研究表明，茎杆表面韧皮纤维层和木质部力学性能差异显著。就麻类茎秆整秆而言，在宏观结构层次上具备与复合材料相似特征的力学性能，由此可将麻类茎秆抽象为复合材料理论模型开展研究。本文采用界面力学和断裂力学理论，通过搭建试验测试装置分别利用双悬臂梁试样（DCB）和复合型断裂弯曲试样（MMB）的测试方法，试验研究了茎秆界面分离的应变能释放率、界面分离载荷值和裂纹扩展位移之间的关系，并采用ABAQUS有限元软件中虚拟裂纹闭合模型、内聚力模型和扩展有限元模型分别数值模拟了茎秆界面分离过程，获得了麻类茎秆界面分离的应变能释放率、应力强度因子、界面分离临界载荷值和裂纹扩展方向，揭示了韧皮纤维层和木质部分离机理。
（1）麻类茎秆表面韧皮纤维层、木质部以及两者之间生物胶质层在生长过程中形成了多材料的界面模型，界面临界应变能释放率是表征表面韧皮纤维层沿木质部起裂扩展的判别参数。为此采用虚拟裂纹闭合技术中DEBOND方法，以张开型位移为准则通过ABAQUS模拟计算获取茎秆界面临界分离应变能释放率，其值为0.31714N/mm。同时将应变能释放率值代入VCCT中的BK准则，以DCB结构参数为依据模拟茎秆表面韧皮纤维层与木质部起裂扩展，提取了数值模拟界面分离载荷—位移变化曲线，并与DCB试验测试载荷—位移变化曲线进行比较，其误差为7.72%。表明采用虚拟裂纹闭合技术与双材料DCB试验相结合的方法获取麻类茎秆界面临界应变能释放率的有效性。
（2）DCB试验忽略了剪切应变影响，为此搭建了MMB试验装置，测试得到了有剪切应变影响载荷位移变化曲线，并根据MMB理论公式，计算出界面分离总能量释放率理论值为0.3415N/mm。将茎秆界面分离总能量释放率理论值作为VCCT中的BK准则，以MMB结构参数为依据模拟茎秆表面韧皮纤维层与木质部起裂扩展，提取了数值模拟界面分离载荷—位移变化曲线，并与MMB试验测试载荷—位移变化曲线进行比较，其误差为7.34%。
（3）为了进一步阐明韧皮纤维层与木质部之间的粘结层裂纹能量释放率，将很薄粘结层简化零厚度内聚力单元层，采用有限元扩展法（XFEM）通过数值模拟求解三维茎秆界面分离裂纹裂尖应力强度因子，其值为23.1605MP?mm1/2，通过界面断裂能的理论公式计算得能量释放率，其值为0.3283N/mm。
（4）为了揭示整秆在载荷作用下木质部断裂和韧皮纤维层与木质部分离变化过程，裂韧皮纤维和木质部之间嵌入0.1厚度内聚力单元层，木质部为无预制裂纹模型，通过扩展有限元方法数值模拟苎麻茎秆木质部断裂、界面裂纹扩展过程。当载荷值为4.28N时，木质部开始出现裂缝，但是韧皮纤维与木质部之间并没有出现裂纹。在数值模拟过程中发现茎秆木质部裂纹扩展并不是直线扩展，当裂纹直线扩展一定距离后出现转折。
麻类茎秆横截面的植物结构由表面韧皮纤维层和木质部之间有一种很薄的生物胶质层组成。前期许多研究人员对麻类茎秆力学性能试验研究表明，茎杆表面韧皮纤维层和木质部力学性能差异显著。就麻类茎秆整秆而言，在宏观结构层次上具备与复合材料相似特征的力学性能，由此可将麻类茎秆抽象为复合材料理论模型开展研究。本文采用界面力学和断裂力学理论，通过搭建试验测试装置分别利用双悬臂梁试样（DCB）和复合型断裂弯曲试样（MMB）的测试方法，试验研究了茎秆界面分离的应变能释放率、界面分离载荷值和裂纹扩展位移之间的关系，并采用ABAQUS有限元软件中虚拟裂纹闭合模型、内聚力模型和扩展有限元模型分别数值模拟了茎秆界面分离过程，获得了麻类茎秆界面分离的应变能释放率、应力强度因子、界面分离临界载荷值和裂纹扩展方向，揭示了韧皮纤维层和木质部分离机理。
（1）麻类茎秆表面韧皮纤维层、木质部以及两者之间生物胶质层在生长过程中形成了多材料的界面模型，界面临界应变能释放率是表征表面韧皮纤维层沿木质部起裂扩展的判别参数。为此采用虚拟裂纹闭合技术中DEBOND方法，以张开型位移为准则通过ABAQUS模拟计算获取茎秆界面临界分离应变能释放率，其值为0.31714N/mm。同时将应变能释放率值代入VCCT中的BK准则，以DCB结构参数为依据模拟茎秆表面韧皮纤维层与木质部起裂扩展，提取了数值模拟界面分离载荷—位移变化曲线，并与DCB试验测试载荷—位移变化曲线进行比较，其误差为7.72%。表明采用虚拟裂纹闭合技术与双材料DCB试验相结合的方法获取麻类茎秆界面临界应变能释放率的有效性。
（2）DCB试验忽略了剪切应变影响，为此搭建了MMB试验装置，测试得到了有剪切应变影响载荷位移变化曲线，并根据MMB理论公式，计算出界面分离总能量释放率理论值为0.3415N/mm。将茎秆界面分离总能量释放率理论值作为VCCT中的BK准则，以MMB结构参数为依据模拟茎秆表面韧皮纤维层与木质部起裂扩展，提取了数值模拟界面分离载荷—位移变化曲线，并与MMB试验测试载荷—位移变化曲线进行比较，其误差为7.34%。
（3）为了进一步阐明韧皮纤维层与木质部之间的粘结层裂纹能量释放率，将很薄粘结层简化零厚度内聚力单元层，采用有限元扩展法（XFEM）通过数值模拟求解三维茎秆界面分离裂纹裂尖应力强度因子，其值为23.1605MP?mm1/2，通过界面断裂能的理论公式计算得能量释放率，其值为0.3283N/mm。
（4）为了揭示整秆在载荷作用下木质部断裂和韧皮纤维层与木质部分离变化过程，裂韧皮纤维和木质部之间嵌入0.1厚度内聚力单元层，木质部为无预制裂纹模型，通过扩展有限元方法数值模拟苎麻茎秆木质部断裂、界面裂纹扩展过程。当载荷值为4.28N时，木质部开始出现裂缝，但是韧皮纤维与木质部之间并没有出现裂纹。在数值模拟过程中发现茎秆木质部裂纹扩展并不是直线扩展，当裂纹直线扩展一定距离后出现转折。