重组竹Ⅰ型断裂：DCB试验研究
摘要：这篇论文描述了采用双悬臂梁（DCB）试验研究重组竹（PSB）的Ⅰ型断裂。为了克服试验中监测裂纹扩展的困难，提出了基于基本梁理论和试件柔度的R曲线。结果表明，应变能释放率（ERR）受试件几何形状（即试件宽度和初始裂纹长度）的影响。平台水平上的误差与分析宽度的范围（B =20、40和60mm）是相似的，而随着宽度增加到80mm和100mm，误差减小。PSB试件的应变能释放率随宽度的增加接近于一个稳定值，而应变能释放率的值则受初始裂纹长度的影响。因此，DCB试验也表明，在本研究中获得的R曲线不是材料特性。
- 简介
重组竹（PSB）是在可控的温度和压力下，将竹篾通过胶合剂顺纹压制而成的。由于竹条沿纵向平行粘合，横向均匀分布，PSB可被视为单向正交异性复合材料，如图1所示。近年来，PSB以其快速发展的特性和优良的结构性能，作为我国建筑工程木质复合材料的替代品，得到越来越多的关注。针对PSB构件的结构应用，黄东升等人对PSB压弯组合构件的破坏模式进行了研究。结果表明，沿纤维界面的断裂是PSB复合材料的主要失效模式之一。一旦PSB构件承受越来越大的外部荷载，初始缺陷，如微孔和微裂纹，可能会发展或成长为宏观裂纹，从而导致结构的灾难性破坏。因此，PSB复合材料的断裂是PSB结构设计中的主要问题之一。
图1：（a）PSB图片，（b）PSB主要方向
通过DCB试验研究PSB复合材料的Ⅰ型断裂特性，并测定其断裂韧性，是建立PSB结构损伤容限分析设计允许值的必要条件之一。
本研究采用ASTM D5528-13[8]中规定的标准试验程序双悬臂梁（DCB）试验。试验使用的矩形试样具有不同的宽度、不同的初始裂纹长度和恒定的厚度。它包含一个预植入的，非粘性的插入物或裂缝作为一个初始的分层。在垂直于初始裂纹面的方向上施加开口荷载，以诱发I型裂纹。这种试验分析基于梁理论，可以通过正交异性复合材料的应变能释放率（ERR）来测量断裂韧性。ERR可以通过各种方法获得，包括直接积分加载-卸载曲线或通过柔度测量。由于DCB试验的数据简化比其他试验方法更容易，因此它是目前最常用的确定I型断裂韧度的方法。
根据ASTM和ISO标准[9，12，13]的建议，能量释放率可以通过顺应性的变化来估计。理论上，可以通过区分试样的柔度C（相对于裂纹长度a），即:
（1）
其中P是施加的荷载，B是试样的宽度。在线性断裂力学的框架下，假定根条件是完全内置的，因此，柔度方程可以用简单梁理论给出，即：
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