层板胶合木层间断裂韧度研究

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层板胶合木凭借其良好的力学性能而被广泛应用于现代木结构建筑中。在许多情况下层板胶合木由于出现断裂而发生破坏,现阶段已有的相关研究大多集中在其层内断裂行为方面,仅有少量关于其层间断裂行为的研究。木材是一种正交各向异性材料,不同年轮角度的层板组合可能会对层板胶合木层间断裂韧度产生影响,因此对该问题进行断裂力学分析是必要的,进而对层板胶合木的生产工艺及性能研究也会提供一定的指导。基于层板胶合木层间断裂韧度问题研究的必要性,本文开展了如下的研究工作:(1)层板胶合木层间断裂韧度试验测定分别对不同年轮层板组合的层板胶合木进行了Ⅰ型层间断裂的双悬臂梁试验和Ⅱ型层间断裂的端部切口三点弯曲试验,在得到临界荷载PⅠC和PⅡC后基于经典梁理论计算了其层间断裂韧度GⅠC和GⅡC。双悬臂梁试验结果表明,该种试验所得的层板胶合木层间断裂韧度GⅠC随着组合层板的年轮角度差值的增大有一定的增大趋势;端部切口三点弯曲试验结果表明,该种试验所得的层板胶合木层间断裂韧度GⅡC随着组合层板的年轮角度差值的增大有轻微增大的趋势。对不同年轮层板组合的层板胶合木进行了Ⅰ型层间断裂的单边切口三点弯曲试验,试验结果表明,该种试验测得的层板胶合木层间断裂临界荷载PⅠC随着组合层板的年轮角度差值的增大有轻微的减小趋势。(2)层板胶合木层间断裂韧度GⅠC和GⅡC的有限元分析分别对不同年轮层板组合的层板胶合木进行了Ⅰ型层间断裂的双悬臂梁试验和Ⅱ型层间断裂的端部切口三点弯曲试验的有限元模拟,采用ABAQUS程序利用“回路积分法”计算得到J积分值,在线弹性情况下其与断裂韧度GⅠC和GⅡC是等价的,有限元计算的结果与试验测定结果吻合良好。对不同年轮层板组合的层板胶合木进行了Ⅰ型层间断裂的单边切口三点弯曲试验的有限元模拟,采用ABAQUS程序利用“回路积分法”计算得到J积分值,在线弹性情况下其与断裂韧度GⅠC是等价的,结果表明,该种试验不同年轮角度差值的层板组合对于层板胶合木层间断裂韧度GⅠC无显著影响。双悬臂梁试验的层间断裂韧度GⅠC有限元计算结果与单边切口三点弯曲试验的层间断裂韧度GⅠC有限元计算结果相比偏小,这可能是由于木材性质的离散性、试件的形式与尺寸差别、裂纹制作误差、提取临界荷载的误差误差等因素造成的。(3)层板胶合木层间断裂韧度KⅠC和KⅡC的有限元分析对不同年轮层板组合的层板胶合木进行了Ⅰ型层间断裂的双悬臂梁试验和Ⅱ型层间断裂的端部切口三点弯曲试验的有限元模拟,采用应力外推法计算得到层间断裂韧度KⅠC和KⅡC。双悬臂梁有限元计算结果表明,该种试验所得的层板胶合木层间断裂韧度KⅠC随着组合层板的年轮角度差值的增大有轻微的增大趋势;端部切口三点弯曲有限元计算结果表明,该种试验所得的层板胶合木层间断裂韧度KⅡC随着组合层板的年轮角度差值的增大有轻微的增大趋势。对不同年轮层板组合的层板胶合木进行了Ⅰ型层间断裂的单边切口三点弯曲试验的有限元模拟,采用应力外推法计算得到层间断裂韧度KⅠC,结果表明,该种试验中截面方向上不同年轮角度差值的层板组合对于层板胶合木层间断裂临界荷载KⅠc无显著影响。双悬臂梁试验的层间断裂韧度KⅠC有限元计算结果与单边切口三点弯曲试验的层间断裂韧度KⅠC有限元计算结果相比偏小,这可能是由于木材性质的离散性、试件的形式与尺寸差别、裂纹制作误差、提取临界荷载的误差以及采用有限元应力外推法进行计算应力强度因子的误差等因素造成的。
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