材料力学小论文 竹竿性能分析
竹钢性能特点分析报告
竹钢性能特点分析报告
竹钢是一种由竹子和钢材组成的新型材料，具有独特的性能特点。
竹钢的性能特点主要包括强度高、重量轻、抗震性好、环保等方面。
首先，竹钢具有很高的强度。
竹子具有较高的抗压强度，而钢材具有很高的强度和韧性。
竹钢将两者结合起来，使得材料的强度大大增加。
这种高强度使得竹钢可以承受更大的载荷，增加了其在建筑和桥梁等领域的应用范围。
其次，竹钢的重量相对较轻。
相比于传统的钢材，竹钢由于竹子的组成，具有较小的密度。
这使得竹钢不仅可以减轻结构的自重，降低建筑物的负荷，还可以减少材料的使用量，从而节约成本。
再次，竹钢具有良好的抗震性能。
竹子具有较好的柔韧性和耐震性，能够在地震时起到一定的减震作用。
而钢材具有很高的屈服强度和抗震性，可以抵御较大的振动和冲击力。
竹钢将两者的优势相结合，可以大大增强建筑物的抗震能力，减少地震灾害带来的损失。
此外，竹钢还具有环保的特点。
竹子是一种生长速度很快、可再生的植物，具有较高的生态价值。
相比之下，传统的钢材需要大量的能源和资源来生产，对环境造成很大的压力。
而竹钢的制造过程中可以充分利用竹子的资源，减少了对自然环境的破坏，符合可持续发展的要求。
综上所述，竹钢是一种具有独特性能特点的材料。
其高强度、轻量、抗震性好和环保等特点使得它在建筑、桥梁等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和改进，相信竹钢作为一种新型材料将会得到更广泛的应用。
毛竹竹材物理力学性能研究
毛竹竹材物理力学性能研究作者：李光荣辜忠春李军章来源：《湖北林业科技》2014年第05期摘要：为了解不同竹龄毛竹生材含水率、线性干缩率、气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度等物理性能，对其加工应用的影响，笔者以2-7年生毛竹为材料进行研究，结果表明：竹材的生材含水率、气干干缩率（弦向、径向、纵向）和全干缩率（弦向、径向、纵向）随着竹龄的增加呈减小的趋势；从基部到梢部竹材的生材含水率、线性干缩率均减小；竹材线性干缩率弦向>径向>纵向。
竹材气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均随着竹龄的增加呈增大的趋势，尤其是3年生竹材的这些物理力学性能与2年生差异显著，但3年后生竹材差异不大；从基部到梢部竹材的气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度逐渐增加。
综合考虑毛竹的物理力学性能和竹林的经济效益，适合采伐的是3年后生竹材，锯截之后的竹材也应根据部位不同进行区分，以便于加工应用过程中合理利用，提高产品的理化性能和质量的稳定性。
关键词：毛竹；物理力学性能；干缩率；加工应用中图分类号：S795.7；TS664.03 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2014）05-0044-06竹材是一种重要的森林资源，随着竹材加工技术的发展，竹材在建筑行业的利用越来越广泛，以竹代木成为解决目前木材资源匮乏的最佳途径。
[1]竹材材质好，力学性能高，有关其加工利用的研究相当广泛。
作为一种天然纤维质材料，其性能随着竹龄的增加产生相应的变化，甚至是老化。
竹材的材质老化会伴随着微观构造上的变化[2]，同时也会表现为竹材基本性能及力学性能上的变化[3]。
毛竹（Phyllostachys pubescens）属禾本科（Gramineae）、竹亚科（Bambusoideae）、刚竹属（Phyllostachys），又名楠竹、茅竹、猫头竹、孟字竹等。
毛竹分布于秦岭、汉水流域至长江流域以南和台湾省，是我国分布面积最大，用途最广，经济效益最佳，生态适应性较强的竹种，也是我国最主要的材用竹种。
竹材在建筑结构中的应用
竹材在建筑结构中的应用摘要：当前的建筑机构材料已经不再满足我国可持续发展的相关要求了，绿色材料逐渐取代了传统的建筑材料，并成为了建筑行业发展的必然要求。
文章围绕竹材的构造和力学性能相关内容展开，分析竹材改性产品，探析竹材在建筑结构中的应用，以进一步深化绿色材料在建筑结构中的应用。
关键词：竹材；建筑结构；应用我国在竹材资源的拥有量位居世界前列，竹材资源在我国具有极大的开发价值，随着科学技术在竹子生长发育环节的应用，我国的竹材资源日益丰富，并被广泛用于了社会各领域。
竹子不仅能够用来生产手工艺品，还能够对其进行加工用于建筑装饰以及建筑施工中，其成为了我国建筑行业发展中的新宠。
一、竹材的构造和力学性能分析（一）竹材的构造分析竹子在日常生活中十分常见，其主体部分是竹杆，而竹节和节间又是竹杆的主要组成因子。
节间部分被称之为竹壁，主要由竹青、竹肉和竹黄等组成，其中，竹壁的外延部分便是竹青，竹青的存在能够让竹子的表面呈现出绿色状态。
竹青部位的组织比较紧密，质地也比较坚硬并且表面是比较光滑的，常被用来编制一些家居用品和装饰品，比如护栏，装物体的筐等。
竹黄，呈黄色，位于竹壁内侧，其组织比较松散脆弱。
而竹肉则位于前面两者之间，其力学强度较大，是竹壁的主要组成部分，竹材的物理力学性质也主要体现在此部分。
竹子在使用过程中，每一部分的用途都不一样，其具有一定的变异性。
其中竹杆的变化是呈线性的，竹壁的厚度是从下至上递减的，竹节内部中还有一层膜，主要是用来增强竹材资源的韧劲的，以避免竹子出现开裂和曲折问题。
（二）竹材的力学性能介绍竹材资源拥有比较细致浓密的纤维，虽然质量比较轻，但是质地较强，并且具有一定的弹性，力学性质较佳，能够被很好的用于工程建筑结构中。
在力学强度方面，主材资源与其他钢筋材料相比，只略略低于钢筋，但其钢重又强于其他工程材料。
竹材资源的顺纹抗拉强度高达150Mpa，容许应力高达29.4Mpa，受弯极限强度是109Mpa，弹性模量为1.7%，顺纹受压极限强度是12495Mpa，6号竹材资源的受弯极限强度是12397Mpa。
纺织用竹纤维物理力学性能的研究与评价
研究方法
本次演示采用文献综述和实验研究相结合的方法，对纺织用甲壳素纤维进行研 究。首先，通过查阅国内外相关文献，梳理甲壳素纤维的制备方法、性质和应 用情况。其次，结合实验数据，对甲壳素纤维的性能进行深入研究。具体实验 包括甲壳素纤维的制备、表征、性能测试及其在纺织品中的应用等。
结果与讨论
通过文献综述和实验研究，我们发现甲壳素纤维具有许多优点。首先，甲壳素 纤维具有生物相容性和生物降解性，可在自然环境中迅速分解，减少对环境的 污染。其次，甲壳素纤维具有优良的力学性能，如高强度、高模量等，可广泛 应用于纺织品、环保等领域。此外，甲壳素纤维还具有抗菌性，可用于医疗和 卫生用品等领域。然而，甲壳素纤维的制备和应用仍存在一些问题需要进一步 解决，例如生产成本较高、加工过程中可能产生有害物质等。
1.2铝土矿和铝合金材料的介绍
国产结构用铝合金材料主要包括5系、6系和7系铝合金。这些铝合金材料具有 良好的综合性能，如强度高、耐腐蚀、加工性能优良等。其生产工艺主要包括 熔炼、浇注、挤压、热处理等环节。
1.3本构关系的研究
通过对国产结构用铝合金材料在不同温度下的本构关系进行研究，发现这些材 料的本构行为主要受温度、应力和应变等因素的影响。在一定温度范围内，这 些铝合金材料表现出理想的弹性行为，随着温度的升高，其屈服强度和极限强 度逐渐降低。此外，应力和应变对铝合金材料的本构关系也有显著影响。
结论
本次演示对国产结构用铝合金材料的本构关系及物理力学性能进行了详细研究。 研究发现，这些铝合金材料在不同温度下表现出不同的本构行为，且其物理力 学性能主要受成分、生产工艺等因素的影响。目前，关于铝合金材料的本构关 系和物理力学性能的研究虽然取得了一定进展，但仍存在一些不足之处，
如缺乏对高强度铝合金材料的研究、实验条件和测试方法的局限性等。为进一 步优化国产结构用铝合金材料的性能，建议今后从以下几个方面展开深入研究：
重组竹制备工艺对力学性能的影响_左迎峰
西南林业大学学报 JOUＲNAL OF SOUTHWEST FOＲESTＲY UNIVEＲSITY
doi： 10． 11929 / j． issn． 2095 － 1914． 2016． 02． 022
Vol． 36 No． 2 Apr． 2016
重组竹制备工艺对力学性能的影响
左迎峰 吴义强 肖俊华 李贤军 龙柯全
（ 中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）
摘要： 采用自制的中温固化酚醛树脂胶黏剂为粘结剂制备重组竹材，探索重组竹密度、竹束疏解次 数、胶液固体含量、热压温度和热压时间对重组竹力学性能的影响。结果表明： 重组竹密度为 0. 95 g / cm3 ，竹束疏解 3 次，胶液固体含量为 25% ，热压温度为 125 ℃ ，热压时间为 1. 1 min / mm 时，重组 竹物理力学性能最优。
关键词： 酚醛树脂胶黏剂； 重组竹； 制备工艺； 力学性能
中图分类号： S781. 9
文献标志码： A
文章编号： 2095 － 1914（ 2016） 02 － 0132 － 05
Effect of Preparation Technology on Mechanical Properties of Ｒeconstituted Bamboo
Zuo Yingfeng，Wu Yiqiang，Xiao Junhua，Li Xianjun，Long Kequan
（ College of Material Science ＆ Engineering，Central South University of Forestry ＆ Technology，Changsha Hunan 410004，China）
森林利用学：竹材解剖结构及物理力学性质
4.2 基本系统
❖ （1）基本组织：是薄壁组织，细胞较大，细胞间隙明显。主要分 布在维管束系统之间，其作用相当于填充物，是竹材构成中的基本 部分，故称基本组织。
❖ （2）髓环：位于髓腔竹膜的外围。它的细胞形态和基本组织不同， 呈横卧短柱状，其胞壁随竹龄加厚，或发展为石细胞。
❖ （3）髓：一般由大型薄壁细胞组成。髓组织破坏后留下的间隔， 即竹秆的髓腔。
Bamboo-wood floor assembled on container
7260kg 小车辊压试验 Rolling test with a 7269kg vehicle
竹木复合板 Bamboo-wood composite
panels
竹木复合产品在公交车上的应用 Bamboo-wood composite applied on buses
4.2 表层系统
（1）表层系统：表皮层是竹壁最外面的一层细胞，由长形 细胞、栓质细胞、硅质细胞、气孔器构成。
（2）皮下层：紧接表皮层之下的是皮下层，由1~2层柱状细 胞构成，纵向排列，横切面呈方形或矩形，一般的细胞壁 稍厚或很厚。
（3）皮层：位于皮下层以内，是无维管束分布的部分，细 胞呈柱状，纵向排列，横切面上呈椭圆形或矩形。
木材加工设备和工艺不能直接用于竹材加 工,故竹材长期停留在原竹利用、编织工艺 品。从结构上看,可分为4类:竹质胶合板、 竹质地板、竹材碎料板、复合板材等。
6、竹材的化学性质
竹材纤维素含量随着竹龄增加而略减,由基 部向上渐增;竹材纤维素含量高于阔叶材。
竹材冷水、热水、1%氢氧化钠抽提物远比 木材高,因而易发生虫蛀、霉变和菌腐。
漂白和炭化竹地板
Bleached and carbonized bamboo flooring
8种丛生竹竹材物理力学性能研究
2.1 8 种丛生竹竹材物理性质
密度是竹材重要的物理性质，作为承重结构材料， 竹材的品质主要取决于密度［３］。一般来说，密度越大，竹 材的力学强度也相应增大，这对竹材作为建筑用材是有 利的。从表 ２ 可以看出，基本密度油丹竹最大 ０．７３６ｇ／ｃｍ３， 马来甜龙竹最小 ０．４８４ｇ／ｃｍ３， ８ 种丛生竹 竹材的基本密度从大到小依次为油丹竹 ＞ 粉丹竹 ＞ 泰 竹 ＞ 撑篙竹 ＞ 巨龙竹 ＞ 小叶巨竹 ＞ 麻竹 ＞ 马来甜龙竹。 全干密度表现出与基本密度相同的排列顺序，最大为油
２８ ２０ １１．３ １５．７ １９．４ １９．９ １１．４ １８．２
２３．５ ３０．３ ４４．１ ４８．１
３３ ３０．８ １５．１ ３０．５
５．４７ ６．５８ ３．７９ ４．２７ ９．３５ １１．０７ ６．０８ ７．６５
巨龙竹 小叶龙竹 撑篙竹 粉丹竹
麻竹 油丹竹
泰竹 马来甜龙竹
８３．０５ ８１．０５ ７６．３５ ７６．５５ ８６．２５ ５１．４ ６６．８５ ８９．０５
纹抗剪及抗弯强度等物理力学指标按照国家标准进行了综合分析和评价，结果表明：油丹竹的物理力 学性能最优，其次是粉丹竹、巨龙竹和泰竹，从性能上看，可以考虑把这 ４ 个竹种作为材用竹进行推广 种植。
关键词：丛生竹；竹材；物理性能；力学性能
竹材是一种重要的森林资源，也是我国南方产竹区 主要的建筑材料之一，利用竹材建造房屋已有 ２０００ 多 年历史。随着竹材加工技术的发展，竹材在建筑行业的 利用也从简单的单一竹材利用方式向复合化、高强度、 高性能、高附加值方向发展，而且竹子具有生长周期短、 产量高、成材快的特性，以竹代木无疑成为解决目前森 林资源日渐匮乏的最佳途径［１，２］。物理力学性质是竹材 基本的材性指标，也是衡量竹材质量的重要指标［３］。本 文对小叶龙竹等 ８ 种丛生竹竹材的物理力学性能进行 了研究，为其在建筑领域的合理高效利用提供理论依 据。
不同竹龄的赤水楠竹力学性能试验分析
不同竹龄的赤水楠竹力学性能试验分析
黄培东;郭丽娟;陈俊生;梁中勇;刘勇
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】竹材在工程中作为受力构件较为普遍,但不同竹龄的竹材其力学性能存在差异,研究不同竹龄段楠竹的力学性能具有工程实际意义。
以遵义赤水河沿岸的楠竹为例,探索3~9年赤水楠竹自然风干状态下的横纹和顺纹抗压、顺纹抗拉、横纹抗弯等强度变化规律,试验结果显示:(1)赤水楠竹顺纹抗压强度明显强于横纹抗压强度;(2)赤水楠竹的横顺纹抗压、顺纹抗拉、横纹抗弯强度随着竹龄增长均表现出先增大后减小的变化趋势,且5年生赤水楠竹力学性能表现最强;(3)竹龄超过7年的赤水楠竹抗压、抗拉、抗弯性能均呈现快速下降的趋势。
【总页数】4页(P96-99)
【作者】黄培东;郭丽娟;陈俊生;梁中勇;刘勇
【作者单位】遵义职业技术学院;贵州交通勘察设计院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU502
【相关文献】
1.搞好楠竹低产林改造全面推进我市竹业发展——赤水市楠竹低产林改造情况
2.竹龄和竹秆纵向部位对青皮竹物理力学性能的影响
3.含水率对不同生长年份赤水楠竹力学性能的影响分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
竹子外形和截面性能的力学分析
选课序号100 姓名杨建成学号2220133836
摘要：略约200字
一引言
在日常生活中，随处可见竹子，竹竿可视为上细下粗、横截面为空心圆形的杆件。
这样的形状赋予了竹子很强的抗弯强度。
二力学分析
材料力学的任务是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，以最经济的代价为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，为构件设计提供必要的理论基础的计算方法。
换句话说，材料力学是解决构件的安全与经济问题。
所谓安全是指构件在外力作用下要有足够的承载能力，即构件要满足强度、刚度和稳定性的要求。
所谓经济是指节省材料，节约资金，降低成本。
当然构件安全是第一位的，降低经济成本是在构件安全的前提下而言的。
实际工程问题中，构件都应有足够的强度、刚度和稳定性。
本文以竹子为研究对象，其简化力学模型如下图所示。
竹子体轻，质地却非常坚硬，强度比较高，竹子的顺纹抗拉强度170Pa，顺纹抗压强度达80Pa 单位质量的抗拉强度大概是普通钢材的两倍。
根据材料力学，弯曲正应力是控制强度的主要因素，自然界的竹子经常受到来自风的力，主要是弯矩,主要是弯曲正应力。
从公式可以看出，当弯矩一定的时候，正应力与惯性矩正反比。
截面为实心圆的对中性轴的惯性矩，大部分树木都是这种结构。
（假设实心和空心竹子的横截面）
2.1 竹子的弯曲强度分析
根据材料力学的弯曲强度理论, 弯曲正应力是控制强度的主要因素, 弯曲强度条件为
max
max []z
M W σσ=
≤ (1)
横截面如上图所示。
实心圆截面和空心圆截面的抗弯截面模量分别为：
332
W d π
=
实 (2)
341
132
()()D W D D
π
αα=
-=
空 (3) 式中，d 是实心杆横截面直径，D 和D 1分别是空心杆横截面外径和内径，1
D D
α=为空心杆内外径之比。
当空心杆和实心杆的两横截面的面积相同时
22214
4
(=
)D d D π
π
- (4)
可得 2222211((=))D D d D α-=- (5)
2=1-d D α
(6)
把上式代入式(2)，得
34
232322(1-11-W 321W 11-)32空实（）D D απααπ==> (7)
空心圆截面的抗弯截面模量比等截面积的实心圆截面的抗弯截面模量大，并且空心圆截面杆的内、外直径的比值α越大，其抗弯截面模量越大，杆的抗弯强度越高。
因此，空心杆比实心杆的抗弯强度高。
例如当α=0.7时，空心杆是同样重量的实心杆的抗弯强度的两倍，因为杆件横截面上的任意点处的弯曲正应力与该点到中性轴的距离成正比。
即杆横截面上离中性轴越远，正应力越大，中性轴附近的正应力较小，这样中性轴附近材料的性能未能充分发挥。
为了充分利用材料，应尽可能地把材料置放在离中性轴较远的地方。
空心圆截面是将实心圆截面中性轴附近的集中材料移置到离中性轴距离较远处，以提高其抗弯强度。
竹子上细下粗，是变截面杆件。
同时竹子可看成是轴线铅垂的悬臂梁。
下图为竹竿的弯矩图。
在外荷载作用下，沿杆自上而下各截面的弯矩越来越大，竹子底部所受的弯矩最大，所以竹子下端比受小弯矩的上端粗。
竹子上细下粗这一特征也是等强度杆的应用。
2.2 电线杆的弯曲刚度分析
挠度和转角是弯曲变形的两个基本量，杆件抵抗弯曲变形的能力即为弯曲刚度。
挠度和转角与杆件横截面对中性轴的惯性矩成反比，即惯性矩越大，弯曲变形越小，弯曲
刚度越高。
所以增大杆件横截面对中性轴的惯性矩，是提高弯曲刚度的有效措施之一。
实心圆截面和空心圆截面对其中性轴的惯性矩分别是:
464
I d π
实= (8)
44164
()I D π
α=
-空 (9)
式中d 、D 、D 1、α的含义同前面。
当空心杆和实心杆的截面积相等时，空心圆截面比实心圆截面对其中性轴的惯性矩大，并且空心圆截面内外直径的比值α越大，其对中性轴的惯性矩越大，惯性矩越大，杆的抗弯刚度越高。
因此，空心杆比实心杆的抗弯刚度要好。
2.3 竹杆的稳定性分析
竹竿空心结构同时提高了其稳定性。
对于细长杆，由临界压力的欧拉公式：
22
cr =()
E I P l πμ (10) 可得截面的惯性矩越大，则临界压力越大， 对于中柔度杆，根据压杆临界应力的经验公式:
σcr =a -b λ (11)
从上式可知，压杆的柔度λ越小临界应力越大。
l
i
μλ=
(12)
可见，提高惯性半径i 的数值就能减小λ的数值。
i =
(13) 对于实心圆形截面
4实心d i =
== (14) 对于空心圆形截面
空心i =
== (15) 如不增加截面面积，而把实心圆形截面改成空心圆形截面，就能取得比较大的I 和i ，这就等于提高了临界压力（临界应力）。
空心的环形截面与实心圆截面比较，若两者截
面面积相等，环形截面的惯性矩I和惯性半径i都比实心圆截面的大得多。
因此，空心杆的稳定性比实心杆的稳定性大得多。
三结论
利用材料力学相关理论，从弯曲强度、弯曲刚度和稳定性三方面分析了竹竿的外形和截面的合理性。
竹竿这种上细下粗的中空结构不仅提高了弯曲强度、抗弯刚度和稳定性，而且节约了资源，减轻了自重，根系从土壤长吸取的养分得到充分利用。
对于工程和生活中一些主要受弯曲的构件，可采用竹竿结构的理念对其结构和形状进行设计。
空心圆管的应用很多，比如旗杆，路灯杆，支撑杆，标枪都是空心圆管，飞机的机翼形状很大程度也和竹子的结构有关，梯形的等强度杆儿，空心的构造。
烟囱的形状如果接近竹子的那种结构，会在相同强度的条件下节省很多材料，在这里就不做定量分析了。
参考文献
[1]吴国建.材料力学弯曲变形内力的讨论[J].硅谷, 2010(18): 31-32.
[2] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学(第7版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.
[3] 刘鸿文. 材料力学I、II(第5版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.
[4] 范钦珊, 蔡新, 郭占起, 工程力学[M]. 机械工业出版社, 2002.
[5] 许本安, 李秀治. 材料力学[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 1988.
[6] 单辉祖. 工程力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.
[J]期刊
[M]书。