竹组织构造与强韧功能之间关系的研究

发布时间：2023-03-31 07:58

　　竹材具有多级复合结构,在细胞水平上,竹纤维细胞壁是一种层叠复合材料,增强体为纤维素微纤丝,木质素和半纤维素为无定形基体;在组织水平上,可将竹材视作以维管束为增强体,薄壁细胞为基体的两相结构胞体复合材料,而维管束沿竹材秆壁径向呈梯度分布,外密内疏,从而使竹材具有功能梯度复合材料的特点。所以,从形态学和力学的角度看,竹材具有既极其复杂又完美匹配的组织结构和力学功能。探索竹材组织结构与力学功能之间的关系,可从自然材料研究中获得新的关于材料组成构造与强韧功能关系的认识,以优化竹材的加工利用并为仿生材料的设计提供新的思路与理论依据。为探索竹材组织结构与力学功能之间的关系,本项目对基于微结构演化的竹材力学行为与破坏机制研究、数字散斑法用于测试竹材弹性性质的研究、天然竹纤维的物理力学性能与其组分之间的关系、竹材的韧性断裂、竹材层间断裂韧性的研究及节子的增韧贡献等方面进行了研究,得到如下结果:(1)通过对竹材的拉伸、压缩和弯曲大变形实验,建立了其相应拉伸、压缩和弯曲大变形应力-应变的关系,并通过显微加载装置对其在拉伸、压缩和弯曲载荷下显微结构包括竹纤维束、基本组织和维管束动态变化进行了研究。得到了竹材...

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 竹资源概况
        1.1.1 竹资源的分布
        1.1.2 竹资源的开发和应用
    1.2 竹材的构造
    1.3 竹节
    1.4 竹材的物理力学性质
        1.4.1 竹材的一般物理力学性质
        1.4.2 竹材的组分物理力学性质
    1.5 竹材的断裂
        1.5.1 竹材横断
        1.5.2 竹材的层间断裂
    1.6 研究的目的与内容
        1.6.1 研究的主要目的
        1.6.2 研究的主要内容
    1.7 小结
第2章 基于微结构演化的竹材力学行为与破坏机制研究
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 材料
        2.2.2 实验方法
            2.2.2.1 拉伸实验
            2.2.2.2 压缩实验
            2.2.2.3 弯曲实验
        2.2.3 数据处理
    2.3 结果与分析
        2.3.1 拉伸实验结果及其显微结构变化特征的描述
        2.3.2 压缩实验结果及其显微结构变化特征的描述
            2.3.2.1 轴向压缩
            2.3.2.2 径向压缩
            2.3.2.3 弦向压缩
        2.3.3 弯曲实验结果及其显微结构变化特征的描述
    2.4 小结
第3章 数字散斑法用于测试竹材弹性性质的研究
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 材料
        3.2.2 方法
    3.3 结果与分析
    3.4 小结
第4章 天然竹纤维拉伸性能的测试与研究
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 材料
        4.2.2 实验方法
            4.2.2.1 竹纤维拉伸实验
            4.2.2.2 纤维素含量
            4.2.2.3 微纤丝角
            4.2.2.4 结晶度
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 实验结果
        4.3.2 分析与讨论
    4.4 断口分析
    4.5 小结
第5章 竹材横断过程中侧裂纹扩展的能量吸收机制
    5.1 引言
    5.2 材料
    5.3 理论分析
        5.3.1 原理
        5.3.2 理论计算
    5.4 实验验证
    5.5 分析与讨论
    5.6 小结
第6章 竹材在Ⅲ型层间断裂韧性的测试与研究
    6.1 引言
    6.2 材料与方法
        6.2.1 材料
        6.2.2 方法
            6.2.2.1 MSCB法
            6.2.2.2 改进设计的SCB法
        6.2.3 实验数据处理方法
            6.2.3.1 基于能量原理的柔度法
            6.2.3.2 面积法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 MSCB法的结果与讨论
        6.3.2 改进设计的SCB法的结果与讨论
    6.4 与人工纤维增强复合材料(FRP)相对比
    6.5 竹材三种层间断裂韧性的对比分析
    6.6 小结
第7章 竹节对竹材层间断裂韧性的增韧贡献
    7.1 引言
    7.2 材料与方法
        7.2.1 材料
        7.2.2 Ⅱ型实验
            7.2.2.1 实验方法
            7.2.2.2 数据处理方法
        7.2.3 Ⅲ型实验
            7.2.3.1 实验方法
            7.2.3.2 数据处理方法
    7.3 结果分析
        7.3.1 Ⅱ型实验结果
        7.3.2 Ⅲ型实验结果
        7.3.3 竹节间材与含节材差异
    7.4 小结
第8章 研究总结与展望
    8.1 研究总结
    8.2 创新之处
    8.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
主持或参与项目情况
获奖情况
在读期间发表论文



本文编号：3775465