木材断裂解离分形特征与分形断裂力学模型研究

目的以椴木为研究对象,研究冲击载荷作用下椴木试件的断裂解离形貌特征和断裂力学特性,建立适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型,并对其断裂解离力学行为进行描述。方法对椴木试件进行冲击加载试验,分析试件断口的形貌特征和断裂力学特性,构建适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型。结果椴木试件横向冲击断裂断口裂纹形状和断口形貌特征比纵向冲击复杂,横、纵向冲击断裂断口均具有分形特征;椴木试件纵向冲击断裂韧性均值是横向冲击断裂韧性均值的1.112倍,椴木试件横、纵向冲击断口的分形维数均值分别为2.0635和2.0751,椴木试件横、纵向冲击韧性与其断口分形维数之间存在线性正相关关系,拟合优度分别为0.7787和0.8122;构建的木材原料断裂解离临界解离应力和断裂韧性的分形断裂力学模型也适用于脆性材料。结论在木材原料冲击断裂解离时,木材原料初始裂纹长度越短,断裂解离断口越粗糙复杂,木材原料断裂解离所需要的能量越大;当裂纹沿着与冲击加载力方向垂直成大约1.055 rad方向扩展时所需的能量最小,木材原料最易沿该方向进行断裂解离。