平行竹集成材复合型断裂性能研究

【目的】探究平行竹集成材在复杂应力下沿纤维方向的断裂性能,并根据断裂表面分析其破坏机理,最终得到平行竹集成材复合型断裂基本规律,并建立相应模型。【方法】运用Arcan试验测试平行竹集成材蝶形试件沿纤维方向的断裂性能,通过调整加载角度进行不同形式的测试,从而实现试验材料Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂。设置不同缝高比研究断裂韧带长度对试件断裂韧性的影响;通过测得的极值荷载计算其断裂韧度,并结合断面分析平行竹集成材不同形式断裂的破坏机理;最终通过复合型断裂包络图分析得到平行竹集成材沿纤维方向复合型断裂准则。【结果】平行竹集成材沿纤维方向Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂均为脆性断裂,且试件在复杂应力条件下更容易发生破坏。Ⅰ型断裂试验裂缝主要在薄壁细胞层间和纤维/薄壁细胞组织界面沿纤维方向发展。在Ⅱ型断裂试验中,裂缝在纤维/薄壁细胞组织界面发展的同时,也在薄壁细胞组织多层间开展,形成薄壁细胞组织桥连机制,提高试件承载力。Ⅰ型和Ⅱ型断裂试验中竹纤维均基本不参与断裂。随着试件缝高比改变,Ⅰ型断裂韧度变化幅度较小,Ⅱ型断裂韧度在试件缝高比0.5时有最大值。平行竹集成材复合型断裂试验中,随着加载角度的增加,Ⅰ型断裂韧度分量逐渐减小,Ⅱ型断裂韧度分量逐渐增加;当试件缝高比0.3时,等效断裂韧度随加载角度的增加而增加,缝高比0.6时随加载角度的增加而减小。【结论】平行竹集成材试件缝高比为0.3时,复合型断裂准则曲线能够较好描述其复合型断裂特征。

基于断裂理论的竹纤维复合材料拉伸强度的尺寸效应研究

以重组竹为代表的竹纤维复合材料是具准脆性断裂特征的生物基纤维复合材料,强度值存在尺寸效应问题,影响其构件的设计理论。为研究重组竹的强度尤其是纵向拉伸强度的尺寸效应现象,进行了三点弯曲试验与直接拉伸试验测试材料的尺寸效应行为,并应用基于断裂理论的拉伸强度模型分析材料缺陷尺寸及尺寸效应的计算方法。试验结果表明,重组竹的拉伸强度存在明显的尺寸效应现象,而基于断裂理论的拉伸强度模型可计算不受尺寸效应限制的理论塑性拉伸强度,且该塑性拉伸强度考虑了材料表面的缺陷影响。因此,尺寸效应对重组竹纵向拉伸强度的影响可采用理论塑性拉伸强度与表面缺陷尺寸确定。

世博童话

位于上海世博园C片区的俄罗斯馆，将一个童话世界付诸实践：乌龟背上的城堡是未来人类居住的地方；椭圆形的建筑可以抵挡地震；糖果般的房子里，人类和动物亲如一家；还有用巨大蘑菇做成的下水道、吃草莓酱的汽车……

重组竹横向准脆性断裂的断裂参数

重组竹是一种可再生的绿色建筑结构复合材料,具有结构致密均匀、力学性能高强稳定、尺寸因需而定、原材料利用率高等特点,在工程应用方面前景广阔。为研究重组竹横向准脆性断裂的断裂参数,对不同尺寸重组竹单边缺口(SEN)试样进行三点弯曲断裂试验,基于边界效应模型(BEM),引入平均粒径G这一重要的细观结构参量,建立重组竹细观结构与宏观力学性能之间的关系,由试验得到的峰值荷载Pmax计算重组竹横向准脆性断裂的断裂参数,包括抗拉强度ft和断裂韧度KIC。经正态分布分析得到重组竹断裂参数均值μf和μK,且在具有96%可靠性范围几乎覆盖了全部试验离散点,结果如下:ft=μf=216.36 MPa,KIC=μK=16.76 MPa·m1/2。并利用实验室常规尺寸试样预测重组竹断裂参数,与试验结果之间的误差仅为3.17%。此外,随着重组竹试样缝高比α的增加,其断裂参数先增大后减小。