竹材的构造与力学行为的关系

1、竹材的构造与力学行为的关系竹子作为木材的代用品 ,具有生长快 ,周期短,产量高,性能好的特点。为了探 明竹材的独特构造与其力学性质之间的关系 , 为竹材的工业化利用提供理论依据 和科学依据 , 本研究以安徽省霍山产的 3度毛竹为研究对象 ,研究了毛竹的解剖 特性, 基本密度 , 力学性质 ,并探讨了其结构与力学性质之间的关系 ,获得以下主 要结论 :1. 竹材节间和节部的构造特征竹材节间细胞都是严格的轴向排列 , 没有 木材中的横向射线细胞。节间维管束通过竹节时都有不同程度的弯曲。 不同高度上毛竹节间的纤维组 织比量沿竹壁径向的变化都是从外到内逐渐减少的。不同高度上毛竹节间的纤维组织比量的平均

2、值表明 , 总体上是自下而上依次 递增的。毛竹节间与节部的纤维组织比量沿竹壁径向的变化是从竹青到竹黄逐渐 减少的; 毛竹节间与节部的纤维长度从外到内的变化规律都是先逐渐增大 ,到竹 壁的中部达到最大值 , 然后又逐渐变小 ; 毛竹节间与节部的纤维双壁厚的变化规 律不一致。节部的壁厚纤维的双壁厚从外侧到内侧是先增大后减小 , 节部的壁薄的纤维 的双壁厚从外侧到内侧是逐渐减小的。节间的纤维双壁厚的变化不明显, 这是因为竹节间的纤维绝大部分都是壁厚纤维 ,壁薄纤维的存在很少 ; 毛竹节间与节部 的胞腔径沿竹壁径向的变化都是从外侧到内侧逐渐增大的 ; 毛竹节间与节部的纤 维壁腔比的变化规律不一致。节部

3、的壁厚纤维的壁腔比从外侧到内侧是减小的 , 节部的壁薄纤维的壁腔比 沿径向的变化不大 ,因为壁薄纤维的壁厚从外侧到内侧是逐渐减小的 , 而胞腔径 是从外侧到内侧逐渐增大的 , 这样所引起的壁腔比的变化不明显。节间的纤维壁腔比的变化规律不是很明显。2. 竹材节间和节部的基本密度竹材节部的基本密度 0.664g/cm³比节间0.629g/cm³稍大,且两者之间的差异显著。3.竹材力学性质 以及构造对其的影响竹材顺纹抗拉强度沿径向分片竹材的顺纹抗拉试验结果表 明，竹材的顺纹抗拉强度和弹性模量与竹纤维含量成正比

4、关系：c=548.41A_f+6.5137(R²=0.9784);E=43.191A_f-1.8332 (R²=0.9765)。运用混合定律对竹纤维的顺纹抗拉强度和弹性模量测算结果为c_f=556.4433MPa,E_f=43.6262GPa, 可看出竹纤维是竹材 中主要的承力构件 , 它的强度比一般木材甚至钢材都要大。竹纤维束的

5、顺纹抗拉 试验结果表明,其顺纹抗拉强度平均值为478.1913 MPa,比运用混合定律算出的 竹纤维的顺纹抗拉强度c <sub>fv/sub>=556.4433MPa要小。竹材中的基本组织起到了传递载荷和缓冲的作用。 而对于分离的竹纤维束则 缺少了基本组织 , 因此竹纤维束的顺纹抗拉强度值要相对比运用混合定律算出的 竹纤维的顺纹抗拉强度低。竹青竹黄未去的竹材节部的顺纹抗拉强度相对与节间有所下降 , 且差异显著。 对两种试件的破坏形式观察结果 ： 节间破的坏形式为纯拉力韧性破坏 , 破坏面参 差不齐且与竹材的纹理垂直 ; 节部的破坏形式为纯拉力脆性破坏 , 破坏面平整且 与竹材

6、的纹理垂直 ,质地相对脆弱的试样易发生此破坏。竹材横纹抗弯强度竹青竹黄未处理的竹材节部横纹抗弯弯极限载荷大于节 间,且差异显著 ;竹青竹黄已处理的竹材节间和节部横纹抗弯强度差异不显著。 节 子并没有导致竹材的抗弯强度的降低含裂纹的竹材的抗弯强度与不含裂纹的抗弯强度差异不显著。 这表明预制裂 纹对竹材的抗弯强度没有影响。竹材的断裂韧性值 K_IC平均值为 4847.305KPam^1/2, 表明竹材具有良好的韧性。 竹材顺纹抗剪强度竹青竹黄未处理的竹材节部顺纹抗 剪极限载荷比节间稍有提高 , 且差异显著 ; 竹青竹黄已处理的竹材节部顺纹抗剪 强度比节间略高了 0.6MPa,但差异不显著。决定竹材顺纹抗剪强度的是薄壁的基本组织的强度。 竹材抗压强度竹青竹黄 未去的竹材节部顺纹抗压屈服极限比节间高 , 且两者差异显著。节部的竹纤维的所占比例比节间大 ,因此节部承受轴向压缩载荷的能力要比 节间要强。竹青竹黄已去的竹材节部轴向和径向抗压强度比节间略有提高 , 且两 者差异显著。这是由于节部的竹纤维的所占比例比节间大和横卧纤维的存在 , 这些纤维增 强了竹材节部的抗压强度。综上所述 , 节部的强度除了顺纹抗拉强度