基于扩展有限元法的重组竹Ⅰ型断裂数值模拟分析

摘要

重组竹作为一种高强度复合材料正被逐渐用于建筑领域,但其工艺特点决定了重组竹构件是带裂纹工作的.以ABAQUS有限元软件为平台,结合扩展有限元法(XFEM)和内聚区模型(CZM)对重组竹I型断裂进行数值模拟.三维双悬臂梁(DCB)模型采用基于牵引分离法则的内聚行为描述裂纹的启裂和扩展,得到裂纹扩展全过程的可视结果和外荷载-裂纹张开口位移曲线(P-δ曲线),并对比模拟曲线和试验曲线,考虑峰值荷载存在差异的合理性.再进一步处理荷载-位移曲线,得到裂纹扩展阻力曲线(R曲线),并通过对比R曲线再次验证了该数值方法的有效性,为工程实际应用提供参考.在此基础上,又对比了5种不同厚度和3种不同初始裂纹长度条件下的重组竹I型断裂能量释放率,分析了厚度和初始裂纹长度2种尺寸参数对重组竹断裂韧性的影响.结果 表明:薄试件具有较大的断裂韧度,随着厚度增大,双悬臂构件由平面应力状态转为平面应变状态,双悬臂梁的能量释放率趋于一个恒定的较低值,其中,厚度大于40 mm的试件模拟准确度较高.对于处于平面应变状态下的双悬臂梁,其初始裂纹长度对断裂韧度的模拟结果影响较小.