分形理論在木材斷裂研究中的應(yīng)用.pdf

1、本論文嘗試將分形理論應(yīng)用于木材斷口分析，探討了分形維數(shù)與木材力學(xué)性能之間的關(guān)系，研究工作由三個(gè)部分組成。 第一部分研究了木材LT型裂紋對(duì)木材橫紋理彎曲性能的影響，在對(duì)樺木、水曲柳、核桃楸的研究中，發(fā)現(xiàn)含LT型裂紋的橫梁在彎曲載荷的作用下，其彎曲性能會(huì)有一定程度的下降，但降幅并不明顯。 第二部分分析了木材破壞斷口分形特性與力學(xué)性能之間的關(guān)系。在材料學(xué)研究中，對(duì)斷口分形維數(shù)的計(jì)算，通常采用“垂直截面法”和“小島法”，而垂直截

2、面法的誤差較大，且不具有代表性，所以本文采用了“小島法”，并在提取了斷口橫截面的分形曲線后，用“面積-周長”法計(jì)算了其分形維數(shù)，從而證實(shí)了木材斷口也具有分形特性。在對(duì)木材斷口分形維數(shù)與力學(xué)性能的相關(guān)分析中發(fā)現(xiàn)，木材斷口分形維數(shù)與斷裂韌性呈正相關(guān)的關(guān)系，這不同于材料學(xué)者所認(rèn)為的脆性材料分形維數(shù)與斷裂韌性成正比，塑性材料分形維數(shù)與斷裂韌性成反比的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，之所以出現(xiàn)這種情況，與木材本身為各向異性的生物高分子材料的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)，還有待于進(jìn)一步

3、的探討和研究；另外，發(fā)現(xiàn)分形維數(shù)與抗彎彈性模量、抗彎強(qiáng)度之間存在正相關(guān)趨勢(shì)。對(duì)于沖擊韌性和分形維數(shù)的關(guān)系，大部分學(xué)者認(rèn)為無論是脆性材料或韌性材料，分形維數(shù)與沖擊功之間都出現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，但本研究中卻發(fā)現(xiàn)了二者之間的負(fù)相關(guān)的關(guān)系。究其原因，木材本身是非均勻和各向異性的材料，這樣的斷裂試樣必然比一般單一成分材料斷裂情況復(fù)雜得多，而且應(yīng)力集中和缺陷也多得多，單一的分形維數(shù)所提供的信息必然是十分有限的，由此設(shè)想在測(cè)量木材斷口分形維數(shù)時(shí)應(yīng)綜合考慮