基于短纤维增强复合材料理论的棕榈叶鞘纤维弹性力学行为研究
发布时间：2021-01-01 18:14
棕榈叶鞘纤维是一种广泛分布于自然界中的天然材料,同时也是具有明显多尺度结构的生物复合材料,由于其绿色环保和可持续性特征,其力学性能吸引了众多科学家的关注。本文以棕榈叶鞘纤维作为研究对象,建立解析模型与有限元模型,研究棕榈叶鞘纤维弹性力学特征。棕榈叶鞘纤维可以看作是以具有空腔的细长单纤维作为增强相,单纤维间的胞间物质为基体的复合材料。本文测量了棕榈叶鞘纤维不同尺度的性能特征,包括棕榈叶鞘纤维、单纤维、单纤维细胞壁,运用解析模型与有限元模型模拟棕榈叶鞘纤维和毛竹维管束在弹性应变下的应力应变弹性行为特征,并探讨各组成单元的作用以及对其性能的贡献。由于毛竹维管束与棕榈纤维鞘具有相似结构,且关于其结构及不同层次的力学性能已有较为丰富的研究基础,本文引用其他研究者的成果中的毛竹性能参数,建立模型,与棕榈叶鞘纤维进行对比研究,以便更深入研究具有这种结构的材料的弹性力学行为。得出以下的主要结论:（1）对棕榈叶鞘纤维进行拉伸测试,结果显示,其模量在1.1-1.7GPa之间,拉伸断裂强度在130-160MPa之间,表现出明显弹塑性特征,且屈服较早。XRD测试分析获得棕榈叶鞘纤维结晶度为34.13%。结合3...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同天然生物复合材料截面结构，（a-c）竹维管束[8,9]
西南大学硕士学位论文2图1-1不同天然生物复合材料截面结构，（a-c）竹维管束[8,9]，（d）椰壳纤维[10]，（e-f）大丝葵[11]Figure1-2Cross-sectionalstructureofdifferentnaturalbiologicalcomposites:(a-c)mosobamboovascularbundle[8,9],(d)coconutshellfiber[10],(e-f)washingtoniarobusta[11]1.1.1棕榈叶鞘纤维棕榈又名棕树，属于被子植物门，单子叶植物纲，棕榈科，贝叶棕亚科，贝叶棕族，三齿棕亚族，棕榈属，是一种自然界中广泛分布的槟榔目的木本植物[12]。棕榈科共约有222属2500多种，主要分布于热带和亚热带地区，其中巴西是全球棕榈植物最丰富的国家[13]。如今，我国的棕榈主要分布在亚热带与热带交界处的山区，云贵川渝地区较常见，云贵高原山区最集中，陕西汉中、两湖两广、皖浙闽地区有少量零星分布[14]。图1-2棕榈树与棕榈叶鞘纤维：（a）棕榈树；（b）叶鞘；（c，d）棕榈叶鞘纤维Figure1-2Palmtreeandpalmsheathfiber:(a)palmtree;(b)leafsheath;(c,d)sheathfiber棕榈为多年生的常绿乔木，树干挺立，高大挺拔，且对烟尘、氟化氢、二氧化硫等多种有害气体具备较强的抗性以及吸收能力，适用于空气污染区的大面积栽种，故常作为园林和行道的观赏植物。除此之外，棕榈还有多种用途：由于其
?姿?院臀??悦飨?提高，表面性能的改变也意味着其在应用于复合材料时，界面性能的改善[1]。棕榈叶鞘纤维直径在其不同部位存在差别，纤维的直径范围在49.29-600μm，总的来说越接近叶鞘纤维尖端，其直径越小[1]。棕榈叶鞘纤维呈近圆柱状，纤维横截面由单纤维及筛管构成，单纤维紧密排列，且单纤维是中空的，中空度高达47．21％，单纤维之间相互独立，由细胞间质连接，截面整体呈现蜂窝状。与其他木质纤维相似，棕榈叶鞘纤维单纤维细胞壁具有分层结构，分为初生层P和次生层S，初生层很薄，次生层包括S1、S2层[19-21]。图1-3棕榈叶鞘纤维纵向结构Figure1-3Longitudinalstructureofpalmsheathfiber
【参考文献】：
期刊论文
[1]竹纤维组合形态对竹纤维/聚丙烯复合材料性能的影响[J]. 唐启恒,程海涛,王戈,郭文静. 复合材料学报. 2019(11)
[2]床垫用棕榈纤维形态分类研究[J]. 刘鑫,吴智慧,张继雷. 安徽农业大学学报. 2018(02)
[3]基于修正剪滞模型的竹纤维/基体界面应力理论[J]. 李红波,申胜平,郭建刚. 复合材料学报. 2018(08)
[4]贵州不同种源山棕纤维形态及拉伸性能的比较[J]. 向进兵,廖薇,方忠艳,余丽萍. 西北林学院学报. 2017(03)
[5]竹纤维细胞壁研究进展[J]. 胡凯莉,黄艳辉,姚春丽,类延豪,赵畅. 中国造纸学报. 2017(01)
[6]棕榈纤维制备活性炭纤维及其对水中三氯生的吸附研究[J]. 田淑艳,王津南,李爱民. 离子交换与吸附. 2016(06)
[7]磷酸活化棕榈纤维的制备与结构表征[J]. 李超,林剑,赵广杰,吕晓光. 化工新型材料. 2016(05)
[8]棕榈科植物资源研究现状与建议[J]. 张军,范海阔,孙程旭. 农业研究与应用. 2013(06)
[9]黄藤材单纤维力学性能[J]. 汪佑宏,王瑞,高龙芽,周旭,张令峰,江泽慧,费本华,刘杏娥,田根林. 东北林业大学学报. 2012(12)
[10]棕榈科植物族属分类及地理分布[J]. 黄威廉. 贵州科学. 2012(03)
博士论文
[1]毛竹材细胞壁的纹孔特征研究[D]. 刘嵘.中国林业科学研究院 2017
[2]活化棕榈碳纤维孔结构及其生成反应路径与性能[D]. 李超.北京林业大学 2016
[3]竹纤维力学性能的主要影响因素研究[D]. 田根林.中国林业科学研究院 2015
[4]竹纤维细胞壁结构特征研究[D]. 陈红.中国林业科学研究院 2014
[5]基于复合材料理论的木材微观力学建模研究[D]. 王巍.东北林业大学 2012
[6]毛竹纤维细胞力学性质研究[D]. 黄艳辉.中国林业科学研究院 2010
[7]木材和竹材的断裂与损伤[D]. 邵卓平.安徽农业大学 2009
[8]人工林杉木管胞的纵向力学性质及其主要影响因子研究[D]. 余雁.中国林业科学研究院 2003
硕士论文
[1]热塑性短纤维复合材料力学行为与性能表征[D]. 张可.大连理工大学 2018
[2]椰壳纤维中管纤维及其复合膜的拉伸行为表征[D]. 水锋.东华大学 2018
[3]基于原子力显微镜的成骨细胞力学性能的研究[D]. 米丽沛.天津大学 2018
[4]棕榈工艺纤维的制备及其可纺性研究[D]. 孙广祥.苏州大学 2017
[5]毛竹材性变异规律和解剖构造[D]. 杨利梅.中国林业科学研究院 2017
[6]空心玻璃纤维复合材料制备、改性及性能研究[D]. 张文娇.国防科学技术大学 2016
[7]棕榈叶鞘纤维基活性炭的制备及吸附性能研究[D]. 李佳丽.西南大学 2016
[8]热处理毛竹材细胞壁结构及力学性能研究[D]. 黄成建.浙江农林大学 2015
[9]棕榈原纤及其非织造材料的制备与性能研究[D]. 陈长洁.苏州大学 2015
[10]棕榈纤维结构与力学性能研究[D]. 郭敏.西南大学 2014
本文编号：2951757
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同天然生物复合材料截面结构，（a-c）竹维管束[8,9]
西南大学硕士学位论文2图1-1不同天然生物复合材料截面结构，（a-c）竹维管束[8,9]，（d）椰壳纤维[10]，（e-f）大丝葵[11]Figure1-2Cross-sectionalstructureofdifferentnaturalbiologicalcomposites:(a-c)mosobamboovascularbundle[8,9],(d)coconutshellfiber[10],(e-f)washingtoniarobusta[11]1.1.1棕榈叶鞘纤维棕榈又名棕树，属于被子植物门，单子叶植物纲，棕榈科，贝叶棕亚科，贝叶棕族，三齿棕亚族，棕榈属，是一种自然界中广泛分布的槟榔目的木本植物[12]。棕榈科共约有222属2500多种，主要分布于热带和亚热带地区，其中巴西是全球棕榈植物最丰富的国家[13]。如今，我国的棕榈主要分布在亚热带与热带交界处的山区，云贵川渝地区较常见，云贵高原山区最集中，陕西汉中、两湖两广、皖浙闽地区有少量零星分布[14]。图1-2棕榈树与棕榈叶鞘纤维：（a）棕榈树；（b）叶鞘；（c，d）棕榈叶鞘纤维Figure1-2Palmtreeandpalmsheathfiber:(a)palmtree;(b)leafsheath;(c,d)sheathfiber棕榈为多年生的常绿乔木，树干挺立，高大挺拔，且对烟尘、氟化氢、二氧化硫等多种有害气体具备较强的抗性以及吸收能力，适用于空气污染区的大面积栽种，故常作为园林和行道的观赏植物。除此之外，棕榈还有多种用途：由于其
?姿?院臀??悦飨?提高，表面性能的改变也意味着其在应用于复合材料时，界面性能的改善[1]。棕榈叶鞘纤维直径在其不同部位存在差别，纤维的直径范围在49.29-600μm，总的来说越接近叶鞘纤维尖端，其直径越小[1]。棕榈叶鞘纤维呈近圆柱状，纤维横截面由单纤维及筛管构成，单纤维紧密排列，且单纤维是中空的，中空度高达47．21％，单纤维之间相互独立，由细胞间质连接，截面整体呈现蜂窝状。与其他木质纤维相似，棕榈叶鞘纤维单纤维细胞壁具有分层结构，分为初生层P和次生层S，初生层很薄，次生层包括S1、S2层[19-21]。图1-3棕榈叶鞘纤维纵向结构Figure1-3Longitudinalstructureofpalmsheathfiber
【参考文献】：
期刊论文
[1]竹纤维组合形态对竹纤维/聚丙烯复合材料性能的影响[J]. 唐启恒,程海涛,王戈,郭文静. 复合材料学报. 2019(11)
[2]床垫用棕榈纤维形态分类研究[J]. 刘鑫,吴智慧,张继雷. 安徽农业大学学报. 2018(02)
[3]基于修正剪滞模型的竹纤维/基体界面应力理论[J]. 李红波,申胜平,郭建刚. 复合材料学报. 2018(08)
[4]贵州不同种源山棕纤维形态及拉伸性能的比较[J]. 向进兵,廖薇,方忠艳,余丽萍. 西北林学院学报. 2017(03)
[5]竹纤维细胞壁研究进展[J]. 胡凯莉,黄艳辉,姚春丽,类延豪,赵畅. 中国造纸学报. 2017(01)
[6]棕榈纤维制备活性炭纤维及其对水中三氯生的吸附研究[J]. 田淑艳,王津南,李爱民. 离子交换与吸附. 2016(06)
[7]磷酸活化棕榈纤维的制备与结构表征[J]. 李超,林剑,赵广杰,吕晓光. 化工新型材料. 2016(05)
[8]棕榈科植物资源研究现状与建议[J]. 张军,范海阔,孙程旭. 农业研究与应用. 2013(06)
[9]黄藤材单纤维力学性能[J]. 汪佑宏,王瑞,高龙芽,周旭,张令峰,江泽慧,费本华,刘杏娥,田根林. 东北林业大学学报. 2012(12)
[10]棕榈科植物族属分类及地理分布[J]. 黄威廉. 贵州科学. 2012(03)
博士论文
[1]毛竹材细胞壁的纹孔特征研究[D]. 刘嵘.中国林业科学研究院 2017
[2]活化棕榈碳纤维孔结构及其生成反应路径与性能[D]. 李超.北京林业大学 2016
[3]竹纤维力学性能的主要影响因素研究[D]. 田根林.中国林业科学研究院 2015
[4]竹纤维细胞壁结构特征研究[D]. 陈红.中国林业科学研究院 2014
[5]基于复合材料理论的木材微观力学建模研究[D]. 王巍.东北林业大学 2012
[6]毛竹纤维细胞力学性质研究[D]. 黄艳辉.中国林业科学研究院 2010
[7]木材和竹材的断裂与损伤[D]. 邵卓平.安徽农业大学 2009
[8]人工林杉木管胞的纵向力学性质及其主要影响因子研究[D]. 余雁.中国林业科学研究院 2003
硕士论文
[1]热塑性短纤维复合材料力学行为与性能表征[D]. 张可.大连理工大学 2018
[2]椰壳纤维中管纤维及其复合膜的拉伸行为表征[D]. 水锋.东华大学 2018
[3]基于原子力显微镜的成骨细胞力学性能的研究[D]. 米丽沛.天津大学 2018
[4]棕榈工艺纤维的制备及其可纺性研究[D]. 孙广祥.苏州大学 2017
[5]毛竹材性变异规律和解剖构造[D]. 杨利梅.中国林业科学研究院 2017
[6]空心玻璃纤维复合材料制备、改性及性能研究[D]. 张文娇.国防科学技术大学 2016
[7]棕榈叶鞘纤维基活性炭的制备及吸附性能研究[D]. 李佳丽.西南大学 2016
[8]热处理毛竹材细胞壁结构及力学性能研究[D]. 黄成建.浙江农林大学 2015
[9]棕榈原纤及其非织造材料的制备与性能研究[D]. 陈长洁.苏州大学 2015
[10]棕榈纤维结构与力学性能研究[D]. 郭敏.西南大学 2014
本文编号：2951757
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