竹材的構(gòu)造與力學(xué)行為的關(guān)系.pdf

1、竹子作為木材的代用品，具有生長(zhǎng)快，周期短，產(chǎn)量高，性能好的特點(diǎn)。為了探明竹材的獨(dú)特構(gòu)造與其力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，為竹材的工業(yè)化利用提供理論依據(jù)和科學(xué)依據(jù)，本研究以安徽省霍山產(chǎn)的3度毛竹為研究對(duì)象，研究了毛竹的解剖特性，基本密度，力學(xué)性質(zhì)，并探討了其結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，獲得以下主要結(jié)論： 1．竹材節(jié)間和節(jié)部的構(gòu)造特征竹材節(jié)間細(xì)胞都是嚴(yán)格的軸向排列，沒(méi)有木材中的橫向射線細(xì)胞。節(jié)間維管束通過(guò)竹節(jié)時(shí)都有不同程度的彎曲。 不同

2、高度上毛竹節(jié)間的纖維組織比量沿竹壁徑向的變化都是從外到內(nèi)逐漸減少的。不同高度上毛竹節(jié)間的纖維組織比量的平均值表明，總體上是自下而上依次遞增的。 毛竹節(jié)間與節(jié)部的纖維組織比量沿竹壁徑向的變化是從竹青到竹黃逐漸減少的；毛竹節(jié)間與節(jié)部的纖維長(zhǎng)度從外到內(nèi)的變化規(guī)律都是先逐漸增大，到竹壁的中部達(dá)到最大值，然后又逐漸變小；毛竹節(jié)間與節(jié)部的纖維雙壁厚的變化規(guī)律不一致。節(jié)部的壁厚纖維的雙壁厚從外側(cè)到內(nèi)側(cè)是先增大后減小，節(jié)部的壁薄的纖維的雙壁厚從

3、外側(cè)到內(nèi)側(cè)是逐漸減小的。節(jié)間的纖維雙壁厚的變化不明顯，這是因?yàn)橹窆?jié)問(wèn)的纖維絕大部分都是壁厚纖維，壁薄纖維的存在很少；毛竹節(jié)間與節(jié)部的胞腔徑沿竹壁徑向的變化都是從外側(cè)到內(nèi)側(cè)逐漸增大的；毛竹節(jié)問(wèn)與節(jié)部的纖維壁腔比的變化規(guī)律不一致。節(jié)部的壁厚纖維的壁腔比從外側(cè)到內(nèi)側(cè)是減小的，節(jié)部的壁薄纖維的壁腔比沿徑向的變化不大，因?yàn)楸诒±w維的壁厚從外側(cè)到內(nèi)側(cè)是逐漸減小的，而胞腔徑是從外側(cè)到內(nèi)側(cè)逐漸增大的，這樣所引起的壁腔比的變化不明顯。節(jié)間的纖維壁腔比的變

4、化規(guī)律不是很明顯。 2．竹材節(jié)間和節(jié)部的基本密度竹材節(jié)部的基本密度 0.664g/cm<'3>比節(jié)間0.629 g/cm<'3>稍大，且兩者之間的差異顯著。 3．竹材力學(xué)性質(zhì)以及構(gòu)造對(duì)其的影響竹材順紋抗拉強(qiáng)度沿徑向分片竹材的順紋抗拉試驗(yàn)結(jié)果表明，竹材的順紋抗拉強(qiáng)度和彈性模量與竹纖維含量成正比關(guān)系：σ=548.41A<,f>，+6.5137 (R<'2>=0.9784)；E=43.191A<,f>-1.8332 (R<'2

5、>=0.9765)。 運(yùn)用混合定律對(duì)竹纖維的順紋抗拉強(qiáng)度和彈性模量測(cè)算結(jié)果為σ<,f>=556.4433 MPa，E<,f>=43.6262 GPa，可看出竹纖維是竹材中主要的承力構(gòu)件，它的強(qiáng)度比一般木材甚至鋼材都要大。竹纖維束的順紋抗拉試驗(yàn)結(jié)果表明，其順紋抗拉強(qiáng)度平均值為478.1913 MPa，比運(yùn)用混合定律算出的竹纖維的順紋抗拉強(qiáng)度σ<,f>=556.4433 MPa要小。竹材中的基本組織起到了傳遞載荷和緩沖的作用。而對(duì)于

6、分離的竹纖維束則缺少了基本組織，因此竹纖維束的順紋抗拉強(qiáng)度值要相對(duì)比運(yùn)用混合定律算出的竹纖維的順紋抗拉強(qiáng)度低。 竹青竹黃未去的竹材節(jié)部的順紋抗拉強(qiáng)度相對(duì)與節(jié)間有所下降，且差異顯著。對(duì)兩種試件的破壞形式觀察結(jié)果：節(jié)間破的壞形式為純拉力韌性破壞，破壞面參差不齊且與竹材的紋理垂直；節(jié)部的破壞形式為純拉力脆性破壞，破壞面平整且與竹材的紋理垂直，質(zhì)地相對(duì)脆弱的試樣易發(fā)生此破壞。 竹材橫紋抗彎強(qiáng)度竹青竹黃未處理的竹材節(jié)部橫紋抗彎彎極

7、限載荷大于節(jié)間，且差異顯著；竹青竹黃已處理的竹材節(jié)間和節(jié)部橫紋抗彎強(qiáng)度差異不顯著。節(jié)子并沒(méi)有導(dǎo)致竹材的抗彎強(qiáng)度的降低。 含裂紋的竹材的抗彎強(qiáng)度與不含裂紋的抗彎強(qiáng)度差異不顯著。這表明預(yù)制裂紋對(duì)竹材的抗彎強(qiáng)度沒(méi)有影響。竹材的斷裂韌性值K<,IC>平均值為4847.305 KPa平方根m，表明竹材具有良好的韌性。 竹材順紋抗剪強(qiáng)度竹青竹黃未處理的竹材節(jié)部順紋抗剪極限載荷比節(jié)間稍有提高，且差異顯著；竹青竹黃已處理的竹材節(jié)部順紋抗

8、剪強(qiáng)度比節(jié)間略高了0.6MPa，但差異不顯著。決定竹材順紋抗剪強(qiáng)度的是薄壁的基本組織的強(qiáng)度。 竹材抗壓強(qiáng)度 竹青竹黃未去的竹材節(jié)部順紋抗壓屈服極限比節(jié)間高，且兩者差異顯著。節(jié)部的竹纖維的所占比例比節(jié)間大，因此節(jié)部承受軸向壓縮載荷的能力要比節(jié)間要強(qiáng)。 竹青竹黃己去的竹材節(jié)部軸向和徑向抗壓強(qiáng)度比節(jié)間略有提高，且兩者差異顯著。這是由于節(jié)部的竹纖維的所占比例比節(jié)間大和橫臥纖維的存在，這些纖維增強(qiáng)了竹材節(jié)部的抗壓強(qiáng)度。