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  本文關(guān)鍵詞：新型竹質(zhì)工程材料抗震房屋基本構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京林業(yè)大學(xué)》 2014年

重組竹受彎構(gòu)件試驗(yàn)研究與理論分析

周愛(ài)萍  

【摘要】：重組竹是以原竹材為原料，經(jīng)工業(yè)化制造而成的一種高強(qiáng)復(fù)合材料，其力學(xué)性能和阻燃性均優(yōu)于木材，環(huán)保指標(biāo)已達(dá)歐洲E1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的高強(qiáng)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。 由于竹材自身結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能具有明顯的定向性，重組竹實(shí)際上是一種纖維定向增強(qiáng)復(fù)合材料，均質(zhì)各向同性材料的強(qiáng)度理論、力學(xué)模型不適用重組竹結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件在非彈性工作狀態(tài)下的強(qiáng)度與變形分析。因此，針對(duì)重組竹獨(dú)特的物理力學(xué)性質(zhì)，研究重組竹材料的破壞機(jī)理、破壞準(zhǔn)則，建立其材料本構(gòu)關(guān)系與基本構(gòu)件的非彈性分析理論，是重組竹結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。 本文將竹材、重組竹均理想化為橫觀各向同性復(fù)合材料，應(yīng)用復(fù)合材料力學(xué)理論，通過(guò)試驗(yàn)研究、理論分析，對(duì)竹材細(xì)觀結(jié)構(gòu)與其基本力學(xué)性能之間的關(guān)系、重組竹本構(gòu)關(guān)系與破壞機(jī)理、重組竹梁的彎曲承載力與變形、重組竹梁的彎剪承載力計(jì)算進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容與成果如下： （1）通過(guò)對(duì)竹材顯微結(jié)構(gòu)的分析和宏觀力學(xué)試驗(yàn)，研究了竹材維管束含量和竹材力學(xué)性能之間的定量關(guān)系，提出了推定竹材維管束與基體力學(xué)參數(shù)的混合方法，并給出了確定竹材橫向力學(xué)參數(shù)的方法； （2）通過(guò)重組竹材料的單軸試驗(yàn)和純剪試驗(yàn)，研究了重組竹的縱向與橫向受拉、受壓和受剪力學(xué)性能，分析了上述各種應(yīng)力狀態(tài)下的材料破壞機(jī)理，建立了相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。結(jié)果表明，，重組竹破壞形態(tài)取決于纖維參與受力的程度，當(dāng)纖維參與度較大時(shí)，重組竹呈漸進(jìn)破壞特征，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性；反之，當(dāng)纖維參與度較小時(shí)，破壞呈脆性，應(yīng)力-應(yīng)變基本為線性關(guān)系（抗拉破壞除外）； （3）采用4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，研究了重組竹梁的彎曲破壞形態(tài)與破壞機(jī)理。結(jié)果表明，純彎曲受力狀態(tài)下，梁的工作狀態(tài)可分為三個(gè)階段。第1階段為彈性受彎曲階段，即荷載較小時(shí)，梁處于彈性工作階段；第2階段為非線性強(qiáng)化階段，即當(dāng)荷載超過(guò)比例極限時(shí)，梁受壓區(qū)纖維部分進(jìn)入非線性工作階段，塑性受壓區(qū)向中性軸擴(kuò)展，梁的剛度不斷衰減；第3階段為破壞階段，即當(dāng)塑性受壓區(qū)深度發(fā)展到極限水平時(shí)，梁最外層纖維隨荷載增加出現(xiàn)局部屈曲，梁底纖維被拉斷，梁?jiǎn)适С休d力； （4）考慮重組竹材料拉、壓性質(zhì)的不同，導(dǎo)出了重組竹梁的極限承載力與極限變形計(jì)算方法，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的計(jì)算方法與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好； （5）研究了梁的彎剪破壞形態(tài)與破壞機(jī)理，結(jié)果表明，梁彎剪破壞不可能發(fā)生在垂直纖維方向，而是在剪跨內(nèi)出現(xiàn)沿纖維縱向的剪切裂紋。故重組竹梁抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)取順纖維向的剪切強(qiáng)度值作為計(jì)算依據(jù)。 應(yīng)用本文提出的重組竹本構(gòu)關(guān)系與梁的非彈性分析模型得到的重組竹梁極限承載力與變形與試驗(yàn)結(jié)構(gòu)吻合良好，表明本文建立的材料模型與分析方法是正確的。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TS959.2
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