重组竹Ⅱ型断裂裂纹尖端确定方法及断裂韧性研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gongfangqing
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裂纹尖端确定方法及断裂全过程荷载-裂纹扩展长度实时变化趋势(P-a曲线)一直是材料断裂分析领域亟待解决的重要问题之一,目前现存裂纹尖端确定方法及荷载-裂纹扩展长度曲线获得方法大多基于理论推导,缺乏真实试验结果比对。因此,本文以重组竹为研究对象,以基于数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)及基于Open CV法的图像处理法为基础,通过引入高速摄像系统的重组竹Ⅱ型断裂ENF试验,研究了重组竹在常温常湿条件下,Ⅱ型断裂ENF试件裂纹尖端确定方法及断裂韧性,并获得了以下结论:(1)重组竹Ⅱ型ENF试验破坏形态可分为:裂纹连续、裂纹间断、抗弯破坏及端部折断;裂纹扩展过程可分为:微裂纹产生、裂纹亚临界扩展、裂纹逐步扩展及裂纹传播;(2)试件尺寸对临界断裂荷载值Pu及P-δ曲线有所影响:不同初始裂纹长度a0条件下:宽度B=20mm,内部裂纹越长,Pu及跨中位移δ越小,P-δ曲线软化阶段越明显;宽度 B=55mm、62.9mm≤a0≤135mm,a0越长,Pu及跨中位移δ 越小;B=55mm、135mm≤a0≤171.5mm,Pu随a0增加略有减小,δ反之。表明:距离跨中加载点越近,伪增韧效果越明显,试件抵御变形的能力有增强趋势,且相比平面应变占比较大状态下,占比较小的平面应变、平面应力组合状态下P-δ曲线软化阶段斜率下降更明显;(3)基于DIC法及基于Open CV法的图像处理法均可用于确定裂纹尖端。相比之下,基于Open CV法算得的裂纹最终扩展长度略低于基于DIC法算得的裂纹最终扩展长度平均值;基于DIC法的裂纹尖端确定方法更适用于重组竹Ⅱ型断裂ENF试件裂纹尖端确定;(4)R曲线总体呈现先增加再平缓的趋势。随荷载的增加,裂纹尖端能量逐渐累积,尖端塑性变形程度开始加深,断裂过程区FPZ开始扩展,应变能释放率GⅡ随裂纹的增加而增大;荷载持续增加,裂纹尖端应力集中区域进一步扩大,尖端塑性区域不断增大,裂纹逐步扩展达到临界长度;随后裂纹失稳扩展,断裂部位应力集中释放,应力集中区域跟随裂纹尖端移动,同时伴随清脆断裂声响,应变能释放率达到GⅡC,曲线趋于平缓;(5)B对GⅡC及断裂韧度KⅡC略有影响,B不同,GⅡC、KⅡC均呈现随B增加而减小的趋势。除此之外,a0、30mm<2h≤40mm、175mm≤225mm,对GⅡC、KⅡC影响较小。重组竹 GⅡC=6.3ON/mm、KⅡC=202.18N/mm3/2
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