重組竹是一種以竹束為構(gòu)成單元,通過疏解浸膠、定向組胚、壓制而成的新型工程竹復(fù)合材料。然而重組竹在復(fù)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(dǎo)致重組竹內(nèi)部不可避免地出現(xiàn)沿順紋方向的細(xì)微裂縫。當(dāng)重組竹用于受力構(gòu)件時(shí),裂紋尖端應(yīng)力集中可能會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展,直至構(gòu)件斷裂破壞。裂隙的存在,降低了重組竹的宏觀強(qiáng)度,當(dāng)其用于建筑結(jié)構(gòu)時(shí)存在工程隱患。重組竹構(gòu)件在工程應(yīng)用時(shí),體內(nèi)裂紋一般以復(fù)合型裂紋的形式出現(xiàn),應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜。單一的I/II型裂紋是研究復(fù)合型裂紋的基礎(chǔ)。為了防止斷裂失效的發(fā)生,有必要對(duì)復(fù)合材料的純I型和純II型裂紋的啟裂和擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行研究,該工作對(duì)工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用指導(dǎo)具有重要的意義。除解析法和試驗(yàn)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(kuò)展問題的有效手段。隨著仿真模擬技術(shù)的不斷發(fā)展,有限元軟件在斷裂問題方面的應(yīng)用更加廣泛。本文以ABAQUS有限元軟件為平臺(tái),運(yùn)用內(nèi)聚力模型（CZM）和擴(kuò)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(jié)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(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)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(guó)木材資源有限，人們對(duì)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(jié)構(gòu)、有限的尺寸和較低的剛度限制了它在建筑中的廣泛應(yīng)用。因此人們對(duì)竹材展開研究，研制出與木材性能相似的復(fù)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(zhì)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(xué)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(gòu)件并應(yīng)用于竹結(jié)構(gòu)建筑具有實(shí)際意義。近年來，隨著竹材防腐、防霉技術(shù)[3]的發(fā)展，為重組竹應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)夯實(shí)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(jiǎn)單，纖維難以達(dá)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(nèi)部存在細(xì)微孔洞甚至沿順紋方向的細(xì)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(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到材料臨界值時(shí)，材料在低于屈服應(yīng)力情況下發(fā)生破壞，即所謂的低應(yīng)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(huì)導(dǎo)致纖維斷裂，降低材料強(qiáng)度以及構(gòu)件承載力，減少復(fù)合材料的使用壽命。目前，重組竹處于基礎(chǔ)性研究階段，由于完整標(biāo)準(zhǔn)體系和設(shè)計(jì)計(jì)算理論的欠缺，該新型材料還未大規(guī)模投入實(shí)際工程中。重組竹的研究主要集中在斷裂破壞機(jī)理分析和斷裂

28率可以避免裂紋的不穩(wěn)定傳播，試驗(yàn)如圖3-2所示。當(dāng)荷載達(dá)到峰值并下降，裂紋擴(kuò)展抵達(dá)試件末端時(shí)試驗(yàn)停止。在裂紋擴(kuò)展過程中，載荷-位移曲線是唯一需要記錄的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗谦@得R曲線的基矗最后，將R曲線的GIC與模擬得到的GIC進(jìn)行比較，評(píng)估該方法的性能。圖3-2DCB試驗(yàn)照片F(xiàn)ig.3-2DCBtestphoto材性的準(zhǔn)確性直接影響了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確與否。正交各向異性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以用工程彈性常數(shù)來表示，為此對(duì)同批次重組竹進(jìn)行了基本力學(xué)性能試驗(yàn)測(cè)定，取多個(gè)試件測(cè)定結(jié)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(zhǎng)方體小試件測(cè)得，具體測(cè)定步驟參考ASTMD143-09《木材小樣品的試驗(yàn)》；剪切模量通過V型剪切試件測(cè)得，詳細(xì)測(cè)定步驟參考ASTMD7078/D7078M-12《V型復(fù)合材料面內(nèi)剪切性能試驗(yàn)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(shí)體部件，指定截面材料屬性，裝配部件，設(shè)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(chǔ)，模型的還原度直接決定了分析結(jié)果的可靠度�；谟邢拊浖嗀BAQUS，建立帶預(yù)制裂紋的雙懸臂模型。在對(duì)模型進(jìn)行荷載設(shè)定時(shí)，為消除耦合帶來的局部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，建立剛體并將其貫穿于雙懸臂預(yù)制的銷孔內(nèi)，設(shè)置兩個(gè)剛體的相反位移，通過在剛性體的參考點(diǎn)上施加邊界條件可以描述整個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)。單元尺寸也是影響有限元分析的一個(gè)重要因素，它必須短于內(nèi)聚區(qū)長(zhǎng)度。當(dāng)單元尺寸過大，較少的單元離散時(shí)，裂紋尖端前方的牽引力分布不能準(zhǔn)確地表示出來。網(wǎng)格劃分時(shí)，在保證計(jì)算精度的前提下，為減少相對(duì)所需的計(jì)算時(shí)間采用網(wǎng)格局部加密。劃分部件并在裂紋擴(kuò)展區(qū)附近細(xì)化局部網(wǎng)格，得到精確的模擬結(jié)果（高度方向每1mm劃分一次）；而在遠(yuǎn)離裂紋?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3345719