船舶用分级胶合竹层板的设计、制造及评价

发布时间：2017-07-31 14:11

  本文关键词：船舶用分级胶合竹层板的设计、制造及评价

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【摘要】：随着我国竹产业的发展,竹篾胶合板、竹定向刨花板、重组竹及竹集成材等产品在广泛应用于市场上。竹集成材以竹条为基本构成单元,主要应用于家具和地板领域。本文以毛竹(Phyllostachys edulis)竹条为研究对象,通过尺寸检量为其作为规格竹条使用提供依据,并进行密度和模量的分级。以各密度等级的规格竹条为基本单元,采用阶梯错缝、连续组坯和热压的方法制造对应密度等级的分级胶合竹层板,并评价了各等级规格竹条及其对应胶合竹层板的物理力学性能,并利用制备的竹层板及制备的胶合竹(即竹集成材),对船舶骨架进行制造示范。本研究的主要研究结果如下:(1)定制竹条尺寸稳定,满足规格竹条的定义,气干密度分布于0.50-0.95 g/cm~3,主要利用密度区间为0.50-0.85 g/cm~3,以0.05 g/cm~3的密度区间长度进行密度划分,建立了基于气干密度的分级方法;规格竹条抗弯弹性模量主要分布于6-13 GPa,以1 GPa的模量区间长度进行模量划分,建立了基于模量的分级方法。(2)对D50-D80的7个等级规格竹条进行力学性能评价,结果显示随规格竹条密度增大,抗弯模量和各项力学强度值均随之增加。径弦向抗弯模量线性相关性很高(R~2在0.96-0.99之间),可相互推导,且弦向模量与抗弯强度相关性很好(R~2=0.92);测试的相同等级规格竹条力学性能中,抗弯强度值最大,其次是顺纹抗拉强度,顺纹抗压强度大于横纹抗压强度,拉伸剪切强度最小。(3)以相同级别的规格竹条进行组坯,压制了对应密度等级的连续竹层板和非连续竹层板,各等级竹层板密度无交叉,气干密度分布于0.47-0.80 g/cm~3,抗弯弹性模量分布于6-14 GPa。(4)对各等级胶合竹层板进行力学性能评价,结果显示随竹层板密度的增大,弯曲弹性模量和力学强度均呈现增大趋势,但三点弯冲击韧性随密度的增大呈现先增大后减小趋势,而穿刺冲击韧性随密度的增大而减小,相同等级竹层板性能变异性较小。连续竹层板密度与抗弯模量线性相关性(R~2=0.88)及抗弯弹性模量与抗弯强度线性相关性(R~2=0.72)较非连续竹层板而言有所下降。(5)竹材内部水分主要沿纵向传递,采用封端处理的方法能有效降低水分的变化速率。不同等级规格竹条干缩湿胀率存在一定差异,且湿胀率受水浴温度的影响显著。间苯二酚树脂胶黏剂比环氧树脂胶黏剂更适合竹层板间的胶合。(6)利用竹层板和胶合竹作为船舶主龙骨、实肋板和竹桁条等主框架构件,设计并制备小型船舶结构样本,为竹结构材应用在船舶工业领域提供依据。
【关键词】：规格竹条 密度分级 胶合竹层板 力学性能评价 干缩湿胀 船舶构件
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U668.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 研究的目的和意义19-20
• 1.3 国内外研究现状20-24
• 1.3.1 竹材人造板研究现状20-21
• 1.3.2 竹/木材的分级研究现状21-22
• 1.3.3 竹/木材干缩湿涨研究现状22-23
• 1.3.4 船舶用材料及其性能研究现状23-24
• 1.4 研究的主要内容24-25
• 1.4.1 竹条的分级方法24
• 1.4.2 分级竹条的物理力学性能评价24
• 1.4.3 胶合竹层板的设计与制造方法24
• 1.4.4 胶合竹层板的物理力学性能评价24-25
• 1.4.5 竹材干缩湿涨性能25
• 1.4.6 船舶设计与主框架组装25
• 1.5 研究技术路线25-26
• 第二章 规格竹条的分级与性能评价26-55
• 2.1 材料与设备26-27
• 2.1.1 试验材料26
• 2.1.2 试验设备26-27
• 2.2 规格竹条尺寸与检验27-30
• 2.2.1 规格竹条尺寸检验方法28
• 2.2.2 规格竹条尺寸检量结果与分析28-30
• 2.3 规格竹条外观等级30-32
• 2.3.1 规格竹条缺陷类型30-31
• 2.3.2 规格竹条的利用原则31-32
• 2.4 规格竹条的密度分级32-37
• 2.4.1 规格竹条的密度分布32-33
• 2.4.2 基于气干密度的分级方法33-35
• 2.4.3 基于模量的分级方法35-37
• 2.5 规格竹条的力学性能评价37-53
• 2.5.1 顺纹抗拉强度与弹性模量37-40
• 2.5.2 顺纹和横纹抗压强度40-42
• 2.5.3 抗弯弹性模量与强度42-47
• 2.5.4 拉伸剪切强度47-51
• 2.5.5 长跨距弹性模量51-53
• 2.6 本章小结53-55
• 第三章 胶合竹层板的设计、制造和评价55-84
• 3.1 材料与设备55-56
• 3.1.1 试验材料55
• 3.1.2 主要试验设备55-56
• 3.2 胶合竹层板设计与加工工艺56-60
• 3.2.1 胶合竹层板设计原理与方法56-57
• 3.2.2 胶合竹层板生产工艺流程57-60
• 3.3 胶合竹层板物理力学性能评价60-82
• 3.3.1 密度与含水率61-62
• 3.3.2 顺纹抗拉强度与弹性模量62-65
• 3.3.3 顺纹抗压强度65-67
• 3.3.4 抗弯弹性模量与强度67-71
• 3.3.5 拉伸剪切强度71-73
• 3.3.6 长跨距弹性模量73-77
• 3.3.7 冲击韧性77-82
• 3.4 本章小结82-84
• 第四章 竹材干缩湿胀性能84-100
• 4.1 材料与设备84-86
• 4.1.1 试验材料84-85
• 4.1.2 主要设备85-86
• 4.2 竹材干缩性能86-91
• 4.2.1 竹筒干缩性能86-88
• 4.2.2 规格竹条干缩性能88-90
• 4.2.3 胶合竹层板干缩性能90-91
• 4.3 竹材湿胀性能91-98
• 4.3.1 规格竹条湿胀性能91-94
• 4.3.2 胶合竹层板及胶合竹湿胀性能94-98
• 4.4 本章小结98-100
• 第五章 船舶设计与主要构件的制备100-112
• 5.1 船型选择与制造流程100-106
• 5.1.1 船型选择100
• 5.1.2 船舶建造流程100-106
• 5.2 船舶主要构件的设计与制备106-111
• 5.2.1 实肋板的设计与制备106-108
• 5.2.2 龙骨的设计与制备108-109
• 5.2.3 舭部及内嵌桁条的设计与制备109-111
• 5.3 本章小结111-112
• 第六章 结论与建议112-115
• 6.1 结论112-114
• 6.2 创新点114
• 6.3 建议114-115
• 参考文献115-119
• 在读期间的学术研究119-120
• 致谢120-121
• 详细摘要121-122

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本文编号：599535