毛竹材力學(xué)及破壞特性研究.pdf

1、本研究以毛竹材為研究對(duì)象，開展毛竹力學(xué)特性和破壞特性的研究，測(cè)定了抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量等靜態(tài)力學(xué)性質(zhì)、總結(jié)了各指標(biāo)在不同生長(zhǎng)階段的變異規(guī)律，并構(gòu)建了毛竹材的靜態(tài)力學(xué)模型；探討了不同部位不同年齡的毛竹材的動(dòng)態(tài)熱機(jī)械特性；最后利用數(shù)字散斑相關(guān)方法（DSCM）測(cè)定了毛竹材在加載狀態(tài)下（順紋拉伸和順紋壓縮）的動(dòng)態(tài)變形特性，分析了毛竹材動(dòng)態(tài)破壞特性；并利用所得的變形信息，得出毛竹材的順紋抗拉彈性模量。
　　本研究結(jié)論如

2、下：
　　（1）竹稈由下自上，各力學(xué)性質(zhì)逐漸增加；隨著年齡的增大，各力學(xué)性質(zhì)也逐漸增加，4年生毛竹材的力學(xué)性質(zhì)到達(dá)最佳狀態(tài)，之后便呈下降趨勢(shì)。年齡和部位對(duì)毛竹材力學(xué)性質(zhì)影響都較顯著，且各力學(xué)性質(zhì)之間呈較好的正相關(guān)；力學(xué)性質(zhì)之間呈以下比例關(guān)系，抗拉強(qiáng)度(δt):抗壓強(qiáng)度(δc):抗彎強(qiáng)度(MOR):彈性模量(MOE)=2.79:1.00:2.40:150。
　　（2）毛竹材力學(xué)模型構(gòu)建分析：
　　a、氣干密度：由竹青到竹

3、黃，氣干密度整體規(guī)律呈逐漸減小的趨勢(shì)；從竹青至竹黃的1/3處，密度減幅逐漸減小，且趨于穩(wěn)定；但至竹黃處，密度值略有增加；氣干密度隨高度的變化趨勢(shì)：?6m>?4m>?2m；年齡、部位和高度對(duì)氣干密度的影響均極顯著。
　　b、微纖絲角：毛竹材微纖絲角絕對(duì)值差異不大，最大值和最小值間的差異小于3°。從竹青到竹黃，微纖絲角大致呈先增大后減小的趨勢(shì)；竹稈由下至上，微纖絲角逐漸增大；對(duì)年齡而言，微纖絲角無明顯的變化規(guī)律。雖然微纖絲角間的絕對(duì)差

4、異很小，但部位、年齡和高度對(duì)其的影響均極顯著。
　　微纖絲角與各力學(xué)性質(zhì)間的相關(guān)性很低，說明微纖絲角不是決定竹材力學(xué)性質(zhì)變異的主要因子。氣干密度與各力學(xué)特性間存在很好的線性關(guān)系。
　?。?）毛竹材存儲(chǔ)模量隨溫度的上升而減??；當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，損耗模量隨溫度的上升而增大，當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，損耗模量達(dá)到峰值，之后隨溫度的上升而逐漸減小。對(duì)不同部位的毛竹材，存儲(chǔ)模量和損耗模量沿竹壁徑向，由內(nèi)而外依次增大；對(duì)不同年

5、齡的毛竹，存儲(chǔ)模量和損耗模量均隨年齡的增加而增大。沿竹壁徑向上，毛竹材玻璃化轉(zhuǎn)變溫度存在一定差異，由內(nèi)而外依次增大，即竹青最高、竹肉次之，竹黃最低；對(duì)于不同年齡同一部位的毛竹材，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度無顯著差異。
　?。?）毛竹材順紋抗拉和順紋抗壓的動(dòng)態(tài)破壞均表現(xiàn)為復(fù)雜的破壞形式。在拉伸過程中，毛竹材在纖維之間撕開，纖維本身的抗拉強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。由于纖維之間的滑移使其產(chǎn)生撕裂破壞，破壞斷面呈針狀撕裂，使抗拉試樣斷口層次不齊。試樣最初斷口

6、均靠竹黃一側(cè)，在垂直于纖維方向產(chǎn)生細(xì)微的裂口，之后隨斷口的增大，裂口逐漸增大，直至產(chǎn)生縱向的撕裂。對(duì)于抗壓動(dòng)態(tài)破壞，由于毛竹材和載荷接觸的地方出現(xiàn)應(yīng)力集中，故順紋抗壓破壞主要出現(xiàn)在端部；由于靠近竹黃處維管束稀疏，承載能力弱，容易被壓潰，毛竹材的扭曲發(fā)生在靠近加載頭的竹黃一側(cè)。
　　（5）通過使用DSCM和引伸計(jì)法兩種方法對(duì)毛竹材抗拉彈性的測(cè)定，得出兩者的相對(duì)誤差在5％之內(nèi)，這說明DSCM可成功應(yīng)用于竹材彈性模量的測(cè)試；且通過DSC