木材微結(jié)構(gòu)有限元建模及力-熱性能計(jì)算.pdf

1、木質(zhì)材料是人類生產(chǎn)生活不可或缺的材料，縱觀人類發(fā)展的歷史，與人類關(guān)系最密切、與環(huán)境發(fā)展最協(xié)調(diào)的材料無疑是木質(zhì)材料，木材曾是人們最主要的能量來源，是可再生資源，因此木質(zhì)材料的研究始終是人們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。有限元法的出現(xiàn)，為人們研究木材提供了新的有效方法，只要邊界條件足夠準(zhǔn)確、單元足夠小就可以逼近真實(shí)解；而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又為我們提供了強(qiáng)大的的計(jì)算平臺(tái)，對(duì)于復(fù)雜的實(shí)際問題的分析可以利用有限元軟件分析，并為人們提供了強(qiáng)大的前后處理器，使有限元

2、法成為理論堅(jiān)實(shí)、執(zhí)行模式化、運(yùn)算數(shù)字化、適應(yīng)性很強(qiáng)的受歡迎的數(shù)值方法。
　　 本文在國內(nèi)外有關(guān)木材機(jī)械及熱學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上，將材料微結(jié)構(gòu)計(jì)算學(xué)、有限元方法和均質(zhì)化理論應(yīng)用于木材微結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建中，用等價(jià)的均勻連續(xù)體替代復(fù)雜的周期性微觀結(jié)構(gòu)材料的平均特性，建立宏觀量場(chǎng)和微觀量場(chǎng)之間的關(guān)系，最后得出代表性體積單元的本構(gòu)關(guān)系和幾何形貌。模型仿真采用有限元軟件ABAQUS中的實(shí)體單元C3D8計(jì)算材料的物理力學(xué)性能。木材宏觀上是各向異性

3、的、多孔性的、毛細(xì)管膠體，在微觀上是當(dāng)作由纖維增強(qiáng)的細(xì)胞壁層組成的復(fù)合材料；木材從化學(xué)角度主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，本文介紹了它們的剛度矩陣特性，作為仿真時(shí)細(xì)胞壁的彈性常數(shù)。文中介紹了模型模擬的木材微結(jié)構(gòu)彈性性能，細(xì)胞壁層微纖絲角度改變、細(xì)胞尺寸、含水率對(duì)木材彈性性能的影響，最后介紹了木材微結(jié)構(gòu)的熱傳輸特性，與理論值和實(shí)驗(yàn)值有很好的吻合，證明了用此有限元模型研究木材微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間關(guān)系的適用性。本研究將有限元理論、均質(zhì)化