本文選題：竹材原態(tài)仿生重組材 + 抗壓性能��； 參考：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文

【摘要】：本研究源自于國家自然科學(xué)基金“竹材原態(tài)仿生重組膠合性能及關(guān)聯(lián)力學(xué)特性研究”(31470582)。本文研究目標(biāo)為:基于仿生學(xué)原理,通過對竹材原態(tài)仿生重組材的強(qiáng)度和剛度的性能表征,充分理解蜂窩結(jié)構(gòu)在竹材原態(tài)仿生重組材中體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特性與力學(xué)特性,揭示竹單元對整體力學(xué)性能的貢獻(xiàn)。從而找到竹材原態(tài)仿生重組材竹單元個(gè)體與材料整體的力學(xué)關(guān)系,加快竹材原態(tài)仿生重組材在仿生領(lǐng)域的應(yīng)用步伐,并為應(yīng)用于建筑領(lǐng)域提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。本文研究內(nèi)容為:采用竹材原態(tài)仿生重組材連續(xù)成型工藝,通過研究竹材原態(tài)仿生重組材的長細(xì)比和竹單元直徑對竹材原態(tài)仿生重組材抗壓性能、破壞特征的影響,開展大規(guī)格、仿生竹質(zhì)工程構(gòu)件的制造和性能評價(jià)研究。并對竹材原態(tài)仿生重組材成型機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。為原生態(tài)竹材在竹質(zhì)工程材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供行之有效的方案。主要研究工作與成果:(1)完成了竹材原態(tài)仿生重組材竹單元的制造工藝與竹材原態(tài)仿生重組材的成型工藝,并利用軸向抗壓的方法對制備的2種規(guī)格(長度1100mm和1500mm)的竹單元進(jìn)行了破壞模式的研究、抗壓性能的表征。結(jié)果表明:2種竹單元均是屈曲破壞;竹單元長度1100mm和1500mm的竹單元最大抗壓強(qiáng)度平均值分別為34.4kN和31.5kN,而其最大縱向變形平均值分別為9.7mm和13.4mm;2組竹單元均表現(xiàn)出了明顯的彈性階段、彈塑性階段和塑性下降階段。并提出了竹單元的允許應(yīng)力的計(jì)算公式。通過力學(xué)計(jì)算公式,可在工程設(shè)計(jì)上對竹單元進(jìn)行篩選,為竹材原態(tài)仿生重組材的制造提供符合力學(xué)性能要求的竹單元。(2)通過軸向抗壓的方法,研究了不同長細(xì)比的竹材原態(tài)仿生重組材的破壞模式、抗壓性能。得到如下結(jié)論:竹材原態(tài)仿生重組材的破壞大多發(fā)生在外圍竹筒,以外鼓、劈裂為主要形式,粘結(jié)各竹筒的膠層未見明顯破壞;短柱(竹材原態(tài)仿生重組材長度為368mm、736mm)以竹材材料的破壞為主要特征,而長柱(竹材原態(tài)仿生重組材長度為1840mm)則多發(fā)生屈曲破壞;隨著竹材原態(tài)仿生重組材長細(xì)比的增加,5組試件的承載力略有降低,總體可預(yù)測;從長細(xì)比4到6(即竹材原態(tài)仿生重組材長度736mm到1104mm)竹材原態(tài)仿生重組材的極限載荷下降明顯;竹材原態(tài)仿生重組材的最大軸壓變形隨著長細(xì)比的變化的規(guī)律與二次函數(shù)趨勢一致。通過使用膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范,對具有不同長細(xì)比的竹材原態(tài)仿生重組材進(jìn)行了理論計(jì)算,計(jì)算值與試驗(yàn)值較為接近。理論計(jì)算的引入可為竹材原態(tài)仿生重組材的工程設(shè)計(jì)提供參考。(3)通過對材料進(jìn)行軸向抗壓試驗(yàn),研究了不同竹單元直徑制成的竹材原態(tài)仿生重組材的破壞模式和抗壓性能。結(jié)論如下:本研究的竹材原態(tài)仿生重組材的破壞主要以竹單元的外鼓、劈裂和端部的材料破壞為主;隨著竹單元直徑的不斷增加,最大縱向位移和極限載荷均有增大的趨勢,且彈性階段也隨著竹單元直徑的增加而變長;竹單元直徑在80~100mm的竹材原態(tài)仿生重組材抗壓性能的各項(xiàng)指標(biāo)較為接近;竹材原態(tài)仿生重組材的極限載荷隨著竹單元直徑的變化規(guī)律與三次函數(shù)一致;隨著竹單元直徑的不斷變大,試件的最大撓度逐漸變小。這說明竹單元直徑越大,竹材原態(tài)仿生重組材越不容易出現(xiàn)彎曲,材料越能夠充分受力。竹材原態(tài)仿生重組材的撓度隨著竹單元直徑的變化最終有趨于一個(gè)固定值的趨勢。(4)研究了不同指接位置的竹材原態(tài)仿生重組材的破壞模式和抗壓性能。結(jié)論如下:帶指接的竹材原態(tài)仿生重組材最先破壞的是指接位置,破壞主要以竹單元的鼓包、劈裂和指榫的壓潰、膠層脫落為主要現(xiàn)象;隨著指接位置向試件上部移動(dòng),試件的最大載荷有變大的趨勢;指接位置在1m長的竹材原態(tài)仿生重組材的距上端部1/3,1/4,1/5處時(shí),對竹材原態(tài)仿生重組材的撓度的影響并不明顯。其中以指接距上端部1/5處的竹材原態(tài)仿生重組材受指接位置的影響最小。提出了竹材原態(tài)仿生重組材的失效判據(jù)式,判據(jù)式可為竹材原態(tài)仿生重組材的失效進(jìn)行預(yù)判,可對竹材原態(tài)仿生重組材在工程上的使用提供指導(dǎo)依據(jù)。(5)通對竹材原態(tài)仿生重組材的制造工藝與竹單元的抗壓試驗(yàn),設(shè)計(jì)了適合制造竹材原態(tài)仿生重組材的機(jī)械加工方法;通過對竹單元長細(xì)比、指接位置對竹材原態(tài)仿生重組材抗壓性能影響的研究,設(shè)計(jì)了適合橫向組拼膠合的加壓方式,并設(shè)計(jì)適宜的卡具;通過對竹單元直徑對竹材原態(tài)仿生重組材抗壓性能的影響的研究,篩選適合竹材原態(tài)仿生重組材制造的單元數(shù)和拼排方式,對已有成型機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[Abstract]:Based on the bionic principle , the paper studies the structural and mechanical properties of the bamboo unit in the original bionic recombination material of bamboo . The results show that the maximum compressive strength of the bamboo unit is 9.7mm and 13.4mm , and the maximum longitudinal deformation is 9.7mm and 13.4mm respectively . ( 3 ) The failure mode and the crush resistance of the original bionic recombination material of bamboo are studied by axial compressive test on the material . The results are as follows : As the diameter of bamboo unit increases , the maximum deflection of bamboo raw state bionic recombination material tends to decrease .
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TS612

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本文編號：1970959