重組竹是一種以竹束為構成單元,通過疏解浸膠、定向組胚、壓制而成的新型工程竹復合材料。然而重組竹在復雜生產(chǎn)過程中,竹束直徑尺寸大小不一、酚醛膠分布的非均勻性以及纖維不完全定向鋪排等因素導致重組竹內部不可避免地出現(xiàn)沿順紋方向的細微裂縫。當重組竹用于受力構件時,裂紋尖端應力集中可能會導致裂紋擴展,直至構件斷裂破壞。裂隙的存在,降低了重組竹的宏觀強度,當其用于建筑結構時存在工程隱患。重組竹構件在工程應用時,體內裂紋一般以復合型裂紋的形式出現(xiàn),應力狀態(tài)復雜。單一的I/II型裂紋是研究復合型裂紋的基礎。為了防止斷裂失效的發(fā)生,有必要對復合材料的純I型和純II型裂紋的啟裂和擴展規(guī)律進行研究,該工作對工程設計和應用指導具有重要的意義。除解析法和試驗法是研究斷裂問題的重要方法,數(shù)值模擬方法也是研究裂紋擴展問題的有效手段。隨著仿真模擬技術的不斷發(fā)展,有限元軟件在斷裂問題方面的應用更加廣泛。本文以ABAQUS有限元軟件為平臺,運用內聚力模型（CZM）和擴展有限元方法（XFEM）分別模擬了重組竹雙懸臂梁I型斷裂和端部缺口II型斷裂,得到以下結論:（1）重組竹三維雙懸臂梁（DCB）、端部缺口彎曲（ENF）模型采... 

【文章來源】：南京林業(yè)大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

重組

1第一章緒論1.1研究背景及意義生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展呼吁建筑業(yè)推崇使用綠色環(huán)保的建筑材料，木材與竹材是典型的低碳環(huán)保建筑材料，易降解并且可循環(huán)利用。由于我國木材資源有限，人們對木材的需求量日益增多，竹材作為短周期可再生資源可有效緩解木材資源短缺的現(xiàn)狀。與木材不同，原竹自然的壁薄中空結構、有限的尺寸和較低的剛度限制了它在建筑中的廣泛應用。因此人們對竹材展開研究，研制出與木材性能相似的復合材料——重組竹。重組竹由原竹經(jīng)過剖切、碾壓成篾，再以竹纖維束為組成單元通過順紋組胚，浸膠，烘干，熱壓而成的生物質材料，生產(chǎn)過程如圖1-1。與木材相比，重組竹具有更優(yōu)異的力學性能[1]、較小的干縮系數(shù)[2]，因此將重組竹開發(fā)成承重構件并應用于竹結構建筑具有實際意義。近年來，隨著竹材防腐、防霉技術[3]的發(fā)展，為重組竹應用于建筑結構夯實了基矗（1）剖切（2）切片，去青去黃（3）碾壓成篾（4）組胚浸膠（5）烘干（6）熱壓成型圖1-1重組竹生產(chǎn)過程Fig.1-1TheproductionprocessofPSB由于竹束疏解工藝簡單，纖維難以達到均勻分布，施膠存在不一致性，重組竹存在生產(chǎn)缺陷，材料內部存在細微孔洞甚至沿順紋方向的細微裂紋，因而處于受力狀態(tài)下的重組竹不可避免地帶裂縫工作。微裂縫周圍產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，當應力強度達到材料臨界值時，材料在低于屈服應力情況下發(fā)生破壞，即所謂的低應力脆斷現(xiàn)象。層間斷裂是最常見的失效形式，這種層間分層會導致纖維斷裂，降低材料強度以及構件承載力，減少復合材料的使用壽命。目前，重組竹處于基礎性研究階段，由于完整標準體系和設計計算理論的欠缺，該新型材料還未大規(guī)模投入實際工程中。重組竹的研究主要集中在斷裂破壞機理分析和斷裂

28率可以避免裂紋的不穩(wěn)定傳播，試驗如圖3-2所示。當荷載達到峰值并下降，裂紋擴展抵達試件末端時試驗停止。在裂紋擴展過程中，載荷-位移曲線是唯一需要記錄的數(shù)據(jù)，因為它是獲得R曲線的基矗最后，將R曲線的GIC與模擬得到的GIC進行比較，評估該方法的性能。圖3-2DCB試驗照片F(xiàn)ig.3-2DCBtestphoto材性的準確性直接影響了模擬結果的準確與否。正交各向異性材料的應力-應變關系可以用工程彈性常數(shù)來表示，為此對同批次重組竹進行了基本力學性能試驗測定，取多個試件測定結果的平均值。橫紋和順紋方向的彈性模量和泊松比通過軸壓重組竹長方體小試件測得，具體測定步驟參考ASTMD143-09《木材小樣品的試驗》；剪切模量通過V型剪切試件測得，詳細測定步驟參考ASTMD7078/D7078M-12《V型復合材料面內剪切性能試驗方法》。3.2模型建立3.2.1前處理工作有限元前處理工作包括創(chuàng)建幾何實體部件，指定截面材料屬性，裝配部件，設置裂紋，網(wǎng)格劃分，選擇單元類型，定義接觸屬性，添加邊界條件等。模型是仿真的基礎，模型的還原度直接決定了分析結果的可靠度�；谟邢拊浖嗀BAQUS，建立帶預制裂紋的雙懸臂模型。在對模型進行荷載設定時，為消除耦合帶來的局部扭轉效應，建立剛體并將其貫穿于雙懸臂預制的銷孔內，設置兩個剛體的相反位移，通過在剛性體的參考點上施加邊界條件可以描述整個剛體的運動。單元尺寸也是影響有限元分析的一個重要因素，它必須短于內聚區(qū)長度。當單元尺寸過大，較少的單元離散時，裂紋尖端前方的牽引力分布不能準確地表示出來。網(wǎng)格劃分時，在保證計算精度的前提下，為減少相對所需的計算時間采用網(wǎng)格局部加密。劃分部件并在裂紋擴展區(qū)附近細化局部網(wǎng)格，得到精確的模擬結果（高度方向每1mm劃分一次）；而在遠離裂紋?

【參考文獻】：
期刊論文
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[8]家具用重組竹干縮與濕脹性能研究[J]. 關明杰,林舉媚,朱一辛.  竹子研究匯刊. 2009(03)
[9]擴展有限元法（XFEM）及其應用[J]. 李錄賢,王鐵軍.  力學進展. 2005(01)

碩士論文
[1]基于XFEM超高韌性水泥基復合材料裂紋擴展的數(shù)值模擬分析[D]. 李魏魏.山東科技大學 2017
[2]內聚力和擴展有限元方法在裂紋擴展模擬中的應用研究[D]. 李卓.廣西大學 2013



本文編號：3345719