基于响应面法研究梁山慈竹材梯度结构理化性能的相关性

[目的]为了提高竹材的高附加值和利用率,竹材梯度结构理化特性相关性的研究对复合材料结构的优化设计显得尤为重要.[方法]以梁山慈竹为研究对象,从竹黄至竹青逐层制备厚度为1 mm的薄竹篾,通过环境扫描电镜(ESEM)、X-射线衍射(XRD)仪等对其梯度结构的力学性能、化学成分和维管束分布进行表征;利用聚类分析和响应面法对影...     

基于弯曲挺度法的缠绕用薄竹篾柔性表征

利用竹材的高柔性制造的竹缠绕复合材料是竹材创新利用的革命性产品。深入研究竹材柔性表征方法、评价指标和内在机理可为定向仿生制备高性能竹缠绕复合材料和优化竹缠绕管道工艺提供理论指导。探索弯曲挺度法表征缠绕用薄竹篾柔性的适用性,比较竹材维管束梯度结构和木材木射线组织微观结构差异对竹、木材柔性的影响机制。结果表明:弯曲挺度法适用于缠绕用薄竹篾的柔性表征,该法可快速、准确地获得不同竹篾薄层的柔度。适宜的测试条件为:跨厚比不小于100,加载角速率为600~1800(°)/min。竹材柔性具有梯度性:从竹黄到竹青,随着纤维比量增加,竹篾(50 mm×5 mm×1 mm)柔度从2.92×10-3 mN-1·m-1降低至1.07×10-3 mN-1·m-1,竹材柔性降低。利用混合定律获得竹材维管束和薄壁细胞的弯曲模量和柔度(厚1 mm)理论值分别为0.365 GPa、28.82 GPa和3.284×10-2 mN-1·m-1、0.42×10-3 mN-1·m-1。在相同含水率、尺寸和密度下,竹、木材比柔度排序为竹黄侧>竹青侧>木材,木材柔性低是横向木射线组织限制其柔性变形所引起的。     

毛竹材声学振动特性研究

用共振法对毛竹材分层研究其动态杨氏模量,分析竹青、竹黄、竹节对毛竹材动态杨氏模量的影响,并得出竹材不同层声学振动性能的变化;分析动态杨氏模量与其静态力学性能的关系.结果表明:毛竹材的动态杨氏模量与密度明显线性正相关;竹青部分声速较大,竹黄部分声速较小;对小尺寸竹材试样也可同样采用测试其动态杨氏模量的方法来估测静态力学性能.     

毛竹维管束的形态及分布规律

通过对毛竹竹壁及单根维管束横截面的扫描图像进行分析,采用统计方法探讨毛竹维管束含量在毛竹竹壁横截面上沿弦向和径向的分布规律。研究结果表明,毛竹维管束形态存在半开放型和开放型两种;在竹壁横截面上,维管束在靠近竹青区域呈有序不均匀分布,在靠近竹黄区域呈无序均匀分布,且维管束含量沿竹壁径向呈振荡波形下降趋势;沿竹壁弦向维管束含量呈均匀的振荡波形,但维管束含量无明显变化。     

改善竹材胶合性能的研究

用润湿角测量仪测量了胶粘剂在竹材表面的润湿角,用物理方法(喷砂处理)、化学方法(NaOH,Na_2CO_3处理)处理竹青、竹黄,并测定了用这些竹片压制成的竹胶板的胶合强度。实验中,借助于红外光谱仪分析了处理前后竹青、竹黄表面化学结构的变化。实验结果表明:喷砂处理方法可明显地提高竹青、竹黄的胶合强度。     

早园竹的力学性能特点及测试方法研究

通过该项研究结果表明,采用3点弯曲方法与顺纹压剪方法测定的竹材弦面剪切强度所得结果有着良好的拟合性;早园竹的力学性能在三度竹时达到最高峰,四度竹的弹性模量显著下降,抗弯强度和弹性模量略有下降;采用3种方法测试(沿竹青方竹黄和弦向加压)结果表明,3种测试数值结果具有良好的相关性。对早园竹采用不同测试方法所得的力学结果表明,对小径级竹材可以参照单向纤维增强材料的方法测定其力学性能,为小径竹材力学性能测试以及相关标准的制定提供可以借鉴的方法。     

毛竹维管束的截面形态及变异规律

竹材由维管束和基本组织组成,维管束是其主要承重单元,也是连接微观到宏观性能的重要环节。利用激光共聚焦显微(LCSM)技术准确地测定毛竹不同部位维管束面积,并研究内、外层维管束的面积变异规律。结果表明:毛竹维管束的面积为0.0383～0.2462mm2;毛竹维管束从竹青到竹黄按截面形态可分成内层和外层,两部分差异明显;外层维管束面积随维管束形态的增大大体呈增加趋势,而内层维管束面积变化趋势不明显。     

毛竹径向断裂韧性的研究

对带有初始裂纹的毛竹径向试样进行断裂韧性（KIC）试验,并从三个位置、两个方向研究了毛竹的径向断裂行为。结果表明：毛竹径向断裂韧性呈梯度变异性,预制裂纹方向不同也会影响毛竹径向断裂韧性。预制裂纹方向从竹青往竹黄侧开口时,竹青处断裂韧性平均值为4.93 MPa·m1/2、竹肉处平均值为4.07 MPa·m1/2、竹黄处平均值为2.61 MPa·m1/2。而当预制裂纹方向为从竹黄往竹青侧开口时,断裂韧性值提高,原因是被破坏点的方向偏向较强的一面,这时竹青处断裂韧性平均值为6.56 MPa·m1/2、竹肉处平均值为4.62 MPa·m1/2、竹黄处平均值为2.77 MPa·m1/2。     

基于数字散斑相关方法的竹材变形特性

利用数字散斑相关方法(DSCM)测定5个竹龄的竹材顺纹抗拉弹性模量,并实时拍摄竹材拉伸和压缩过程中的位移变化,得出竹材抗拉和抗压试样的应变场。结果表明:从竹青至竹黄,顺纹抗拉弹性模量大致呈减小的趋势;随着竹龄的增大,顺纹抗拉弹性模量逐渐增加。竹材破坏过程复杂且能够直观地反映破坏的全过程,与人们肉眼观察相比,DSCM可提前反映试样状态并预见试样的破坏点。     

非均匀竹材各单层顺纹抗压弹性模量的测定

竹材作为非均匀梯度生物材料因受生物结构的制约难以制作试件单独测定其各单层的力学性能。基于这一原因,提出了"逐次削减法"测定竹材单层力学特性的方法,构建了竹材纵向沿壁厚方向任意单层竹片与整片竹材之间顺纹抗压弹性模量的数学模型。文中介绍了"逐次削减法"模型制作方法,完成了竹材多层顺纹抗压弹性模量的测试,并对竹材各单层顺纹抗压弹性模量计算模型进行了验证。结果表明:竹材各单层顺纹抗压弹性模量呈非线性变化,竹青单层与竹黄单层模量相差较大,二者模量比值最大值达201%,最小值比值为173%。该方法制作试件简单、测试方法简便、计算模型准确、实验结果可靠,有效地解决了竹材单层试件加工及测试难题。为竹材的开发利用与研究提供了重要的基础性数据。     

竹节对竹材力学强度影响的研究

本文对毛竹和刚竹的带节材与不带节竹材的主要力学性质研究表明,带节竹材的抗弯强度、顺纹抗压、抗剪、抗拉强度和冲击韧性都有一定程度降低的趋向,但抗劈开强度和横纹抗拉强度却有明显提高。影响竹材力学强度的主要因素是维管束数量、维管束排列方向及维管束中纤维的力学强度,了解这些规律,对复合材料的结构仿生有重要参考作用。     

竹材宏观微观力学性能试验与数值模拟

竹材是一种力学性能优异、可再生和环保的结构性材料,具有广阔的工程应用前景.准确掌握竹材各组分的力学性能参数对于竹材的工程应用具有重要意义.结合细观力学和材料力学方法得到了一种确定竹材纤维和基体材料力学性能参数的计算方法:首先通过竹材试件的准静态压缩、拉伸和弯曲试验,获得了竹材在不同加载条件下的宏观力学性能;然后结合细观...     

云南4种典型材用丛生竹宏观解剖结构与主要物理力学性质的关系

对云南４种典型的材用丛生竹（龙竹Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｕｓｇｉｇａｎｔｅｕｓ,甜龙竹Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｕｓｂｒａｎｄｉｓｉ,黄竹Ｄｅｎｄｒｏｃａｌａｍｕｓｍｅｍｂｒａｎａｃｅｕｓ,油勒竹Ｂａｍｂｕｓａｌａｐｉｄｅａ）的维管束密度、纤维比量、密度、含水率、干缩率、顺纹抗压强度和弦向抗弯强度的检测结果认为：４种竹材之间和同一竹种内径向、弦向和纵向上的结构和物理力学性质的分布存在着较大的差异。对结构指标与主要物理力学性质之间关系的分析结果认为：纤维比量比维管束密度与竹材物理力学性质的关系更为密切;４种竹材的纤维比量与密度、弦向抗弯强度和顺纹抗压强度呈正比关系,与饱湿含水率呈反比关系。     

竹木复合建筑混凝土模板的工艺研究

以火车集装箱底板加工剩余物为原料,经过去贴面、磨砂等简单的处理后与杨木单板重组成一种层层交错结构的竹木复合建筑混凝土模板。用单因素实验方法,分析不同热压工艺参数下的静曲强度、弹性模量、含水率,从而确定热压温度、压力、时间的工艺参数范围。用正交实验法测试静曲强度、弹性模量、湿态胶合强度、密度等性能,并进行了方差分析和平均值分析。结果表明:与传统建筑混凝土模板制备方法相比,该工艺省去了去竹青、竹黄、竹节和软化等复杂的竹片材料制备方法。成品的竹材加工剩余物的体积利用率占竹木复合建筑混凝土模板的80%以上,同时节约了生产成本。通过极差分析,热压工艺因素对静曲强度、弹性模量、湿态胶合强度的影响程度都是:热压压力>热压时间>热压温度。通过平均值分析,最优热压参数为:3 MPa、50 s·mm^-1、135℃。     

树脂铸型法研究毛竹材细胞壁的纹孔特征

【目的】研究毛竹材细胞壁纹孔的形态、结构和分布排列等特征,揭示维管束组织细胞间的纹孔通道,为竹子生长发育机制的深入研究和竹材高效利用提供理论依据。【方法】毛竹竹条经树脂渗透、树脂固化、组织消化和清洗干燥等处理后,获得单个细胞铸型和空间范围内多个细胞连接的立体铸型网络。结合毛竹切片扫描电镜图像,研究导管、薄壁细胞和纤维细胞的纹孔特征以及细胞间纹孔对的连接和分布特点。【结果】毛竹后生木质导管纹孔具明显的纹孔缘结构,并呈较高的选择性分布,即靠近维管束几何中心位置一侧的导管壁上往往密集分布大量纹孔,而另一侧纹孔则十分稀少或基本没有。导管铸型上,纹孔口和纹孔膜分别为0. 9～2. 7μm和1. 1～3. 8μm;维管束内存在小导管且相互间以具缘纹孔对连接;维管束内薄壁细胞纹孔比基本组织中的数量多、孔径大,紧邻木质部导管的薄壁细胞,其纹孔分布尤为密集;纤维细胞上纹孔稀疏分布,纹孔小、纹孔道狭长,纤维状管胞上分布有具缘纹孔;维管束内细胞间由纹孔对进行横向和纵向连接,并进一步形成流体移动的空间网络。【结论】树脂铸型法可直接展现纹孔立体结构,客观反映特定流体在竹材内部的扩散或渗透路径,适用于毛竹材细胞壁纹孔特征的研究。     

Effects of Lay-up structure on Physical and Mechanical Properties of Laminated Bamboo Bundle Board

The effects of lay-up layer numbers on laminated bamboo bundle board’s physical and mechanical properties and connection performance were analyzed.The results show that under the conditions of same layer numbers,along with the increase of the lay-up directions,the bending strength,bending modulus,compression strength and horizontal shear strength of the laminated board showed a downward trend,while using non-single direction lay-up structure,the board’s waterproof property was lower than that of single lay-up board, but the board’s connection performance was raised. Therefore,in the real application,with the condition of guaranteeing the mechanical properties of the board to meet operating requirements,the lay-up directions should be increased to improve the board’s connection performance and to increase the board’s safety.     

毛竹竹材物理力学性能研究

为了解不同竹龄毛竹生材含水率、线性干缩率、气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度等物理性能,对其加工应用的影响,笔者以2-7年生毛竹为材料进行研究,结果表明：竹材的生材含水率、气干干缩率（弦向、径向、纵向）和全干缩率（弦向、径向、纵向）随着竹龄的增加呈减小的趋势;从基部到梢部竹材的生材含水率、线性干缩率均减小;竹材线性干缩率弦向＞径向＞纵向.竹材气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均随着竹龄的增加呈增大的趋势,尤其是3年生竹材的这些物理力学性能与2年生差异显著,但3年后生竹材差异不大;从基部到梢部竹材的气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度逐渐增加.综合考虑毛竹的物理力学性能和竹林的经济效益,适合采伐的是3年后生竹材,锯截之后的竹材也应根据部位不同进行区分,以便于加工应用过程中合理利用,提高产品的理化性能和质量的稳定性.     

竹材横向断裂的物理模型与能量吸收机制:基本组织开裂与界面脱粘

采用细观力学方法,研究竹材在横弯断裂过程中基本组织开裂与界面脱粘这2种损伤模式的能量吸收机制,并推导得到这2种损伤模式的应变能释放率解析式,以及含垂直纹理裂纹的竹试件在承受弯曲载荷时、横向裂纹转向顺纹启裂时的临界应变能释放率解析式。     

近海迎风面毛竹林竹材物理力学性质的研究

竹子是集经济、生态和社会效益于一体的优良林种,有着繁殖容易、成林快、一次造林科学经营可持续利用等优点,是区域社会经济发展和生态环境保护的重要资源,其中,毛竹(Phyllostachys edulis(Carr.)H.de Lehaie)为我国所特有的最重要的经济竹种,具有分布广、面积大、利用领域广、效益好等特点。全国现有毛竹林面积720万hm2,其中,毛竹