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。