竹材物理力学性质试验方法
竹材的力学性能及磨料磨损性能研究
在经 磨光 和 抛 光 后 的 试 件 横 切 面 上 沿 竹 黄 到 竹
青 的半径上等距设定 Ａ ， ，， ３个观察点 ， Ａ Ａ 共 以每个
点为 中心 ， 生 物 体 视 显 微 镜 的矩 形 视 野 内 （ ｒ × 在 ６ｍ ａ ８ ｍ） 把 纤维 细 胞 （ 括 视 野 边 上 的部 分 纤 维 细 胞 ） ａ ｒ ， 包 用 曲线 标记 出来 ， 统会 自动求 出纤 维 细 胞 的 面 积 Ｑ 系 并 除 以视野 面 积 即可 得 纤 维 比量 （ ） ％ 。每 个 视
１ 试 验方 法
试验 以 自然 风 干 的毛 竹 （ ｈｌ ｓ ｃｙ ｅ ｒ ｙｌ Ｐ ｙ ｏｔ ｈ ｓｈ ｔ ｏ ｃ ｌ ａ ｅｃ ｅ ｖｒ ｕ ｅｃｎ ） 研究 对 象 ， ａ ｂｓｅｓ 为 ｐ 试样 取 自 ２年 生 竹 的 两个
竹节 之 间 的 竹 干 。从 基 部 起 锯 成 ３等 份 ， 别 编 号 ， 分 获取 ３种竹 纤 维 密 度 试 样 。 为 了保 证 各 种 试 件 取 自 竹秆 上 相对 一 致 的位 置 ， 圆筒 剖 开 ， 称 取 材 ， 做 将 对 各
冲击 断 口具有 解 理 断 裂 特征 ， 为典 型 的脆 性 断裂 断 口。竹 纤 维 具 有 比基 体 高 的 耐 磨 性 ， 损 表 面 以 微 犁 切 和 微 磨
开 裂 为 主 要损 伤 特 征 。竹 材 的 耐磨 性 能 随 竹纤 维 含 量 的升 高 而 提 高 。
关键词 ：竹材 ；纤维 ；密度 ；力学性能 ；磨料磨损
２１ ０ １年 ７月
农 机 化 研 究
第 ７期
竹 材 的 力 学 性 能 及 磨 料 磨 损 性 能 研 究
孙俊 杰 ，王 智芹 ，王 宝 Leabharlann ，叶 伟 ，邓 志 华 ，马云 海
竹材结构的抗压试验研究
竹材结构的抗压试验研究邓友生;程志和【摘要】毛竹因其生长周期短、产量高和短期力学性能优越而应用于工程结构中.针对原伐毛竹不同部位的抗弯强度、抗压强度、抗剪强度等力学性能等试验研究不足的问题,通过分析和比较国内外不同毛竹构件及竹质结构的试验方法,从实验标准、抗压实验、充填混凝土等方面,研究毛竹管不同部位、空竹管与混凝土竹管对其抗压承载力的影响规律,分析毛竹构件的变形破坏特点,建立混凝土竹管的抗压承载力计算公式,可为毛竹构件及其结构在工程实践应用中提供设计依据和参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)027【总页数】5页(P223-227)【关键词】试验方法;力学性能;竹片;毛竹;混凝土竹管【作者】邓友生;程志和【作者单位】西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TU366.1毛竹生长繁殖快、周期短、短期强度相对较高且稳定，但长期强度会因其纤维的老化腐朽而降低[1]。
作为一种可再生的天然材料，随着竹材加工工艺的提升和绿色环保的发展理念提出，竹材在工程中应用越来越广泛。
工程实践中以“以竹代钢、以竹代木”的建筑发展理念不仅可以充分发挥竹材优越的力学性质，而且还可以缓解建筑材料、纤维材料的紧缺现状，对生态发展具有重要推动作用[2]。
目前，对于竹材力学性能的研究多集中在以小尺寸竹片为测试单元进行测试，研究不同竹龄、部位和方向下对竹材物理力学性能的影响。
国外仅有少数研究人员对毛竹块或竹片的抗弯、抗剪、抗压等力学性质进行研究[3]。
Mitch等[4]对竹子全秆截面进行劈裂试验，研究竹子破裂后的表观特征，利用劈裂法测定了全秆竹秆的垂直拉伸性能。
Lee等[5]通过对原竹内壁施加均匀压力测量出竹子的径向抗拉强度和弹性模量；Sharma[6]利用开口销设计测量了圆竹顺纹抗剪强度以及轴向和弦向复合受力力学性能的方法。
[worddoc]不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析
![[worddoc]不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析](https://img.taocdn.com/s3/m/b88d3d52b207e87101f69e3143323968011cf495.png)
不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析福建林学院2010,30(4):338—343 JournalofFujianCoUegeofForestry第3O卷第4期2010年l0月不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析崔敏,殷亚方,姜笑梅,刘波,张双保(1.北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083;2.中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091)摘要:以我国传统竹种——毛竹(Phyllostachypubescens)为研究对象,在5个竹龄(0.5…124.6年生)和3个纵向高度水平对其壁厚,基本密度及干缩性(径向干缩率,弦向干缩率和体积干缩率)等主要物理指标进行对比研究.结果表明,毛竹材壁厚6.698—7.875mm,基本密度O.494—0.728g?am一,全干,气干体积干缩率分别为10.204%一17.412%,7.881%一14.914%,全干时弦,径向干缩率分别为5.131%一6.119%,4.919%一5.826%,气干时弦,径向干缩率分别为3.953%一5.264%,3.663%一4.612%.壁厚和基本密度随竹龄增加呈增加趋势,干缩率呈减小趋势,2a后干缩率保持在稳定水平.沿纵向高度从基部到梢部,壁厚逐渐减小,基本密度,全干和气干径向干缩率呈增加趋势.双因素方差分析表明:毛竹壁厚,基本密度,体积干缩率和径向线干缩率随竹龄变化在0.001水平显着;竹壁厚度和基本密度随竹秆纵向高度变化在0.001水平显着.’关键词:毛竹;物理性质;竹龄;纵向高度;差异分析中图分类号:S795.7文献标识码:A文章编号:1001—389X(2010)04—0338—06V ariationanalysisofphysicalcharacteristicsinPhyllostachy pubescensstematdifferentgrowthagesCUIMin,YINYa.fang,JIANGXiao—mei,LIUBo,ZHANGShuang—bao (1.CoHegeofMaterialsScienceandTechnology,BeringForestryUniversity, Bering100083,China;2.TheResearchInstituteofWoodIndustry,ChineseAcademyofForestry,Ber ing100091,China)Abstract:Phyllostachypubescens,oneofthemostimportantcommercialba mboospeciesinChina,wasselectedtodeterminetlle thicknessofculmwall,basicdensityandshrinkagepropertiesinaccordancew ithChinesenationalstandard.Thevariationofthe obtainedphysicalpropertiesamongfivedifferentgrowthages(0.5,1,2,4,6-y ear?old)andthreestemheightlevelwascharacterized. Thepresentresultsindicatedthattherangeofthethicknessofculmwall,basicd ensity,oven-andair-driedvolumeshrinkagewere6.698—7.875mm,0.494一O.728g?am一,10.204%一17.412%and7.881%一14.914%,respectively.Moreover,theoven- driedtangentialandradialshrinkagewere5.131%一6.119%and4.919%一5.826%,andtheair-driedtangentialandradialshrinkagewere3.953%一 5.264%and3.663%一4.612%.Boththethicknessofculmwallandbasicdensitywereincreasedwith growthage.Howevertheshrinkagedecreasedwithgrowthageatthebeginnin gandthenstayedapproximatelystableafter2years. Withtheexeeptionofsmalldecreaseinthethicknessofculmwall,theoven—a ndair—driedradialshrinkageincreasedalongthestemheight.TheresultsofSASanalysisshowedthatthedifferencesinthethickness ofculmwall,basicdensity,volumeshrinkageand radialshrinkageweresignificantamongdifferentgrowthagesatthelevelofO. 001,whilethethicknessofculmwallandbasicdensity showedthesignificantdifferencesamongstemheightsatthelevelofO.001. Keywords:Phyllostachypubescens;physicalprope~ies;growthage;longitu dinalposition;variationanalysis竹类植物分布广,面积大,种类多,与人类关系极为密切,是世界植物资源的重要组成部分.竹材属比较复杂的生物材料,随着科学技术进步,竹材用途日益广泛,已经由原竹利用和制作生活用品步人了工程结构材料的行列.竹材和木材二者虽都是天然生长的有机体,同属非均质和不等方向性材料,但二者在外观形态,结构和化学成分上却有较大差异,各自具有自己独特的物理机械性能.与木材相比,竹材具有强度高,韧性好,硬度大等特点’,是工程结构材料的理想原料”J.竹材物理力学性质是衡量竹材最终用途的重要指标之一,不仅与解剖结构和化学性质密切相关,而且与竹龄,竹秆部位及其立地条件都有一定的关系.国内外对包括毛竹在内的不同竹种竹材的物理性质研究较多,研究重点主要集中在密度,吸水率及干收稿日期:2010—01—18修回日期:2010—03—15基金项目:”十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAD19B04). 作者简介:崔敏(1984一),女,内蒙古巴彦淖尔人,硕士研究生,从事木材科学与技术研究.E—mail:******************.通讯作者殷亚方(1976一),男,江西九江人,副研究员,博士,从事木材构造与利用.E—mail:*************.cn.第4期崔敏等:不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析?339?缩性等方面一.深入开展这些相关性研究,一方面可使竹材得到大规模工业化利用,提高竹子使用价值;另一方面可缓减中国木材供需矛盾.在相同立地条件下共选取5个不同竹龄(0.5,1,2,4,6年生)毛竹(Phyllostachyspubescens)为研究对象,在取样时充分考虑竹材种植及其加工工业生产的代表性和实际情况.每个竹龄选择3个不同纵向高度位置.与其他研究所不同的是每个高度位置采用连续7个竹节进行取样,然后通过对各竹节的壁厚,基本密度及干缩性质(径向于缩率,弦向干缩率和体积干缩率)等指标进行测定和综合分析,来整体反映不同竹龄和不同纵向高度毛竹的主要物理性质变异规律,进一步分析竹龄和纵向高度对毛竹主要物理性质指标的影响.本研究所获得的基础数据可用于构建竹材解剖,化学与物理力学性质的早期预测模型,并为毛竹材的合理加工利用及毛竹纸浆竹林定向培育提供理论基础.1材料与方法1.1材料试验材料选用毛竹,试材于2007年9月采自浙江省富阳市.试材采自相同立地条件下的5个不同竹龄(0.5,1,2,4,6年生),每个竹龄取胸径约11em样竹5株,共25株.每株样竹按A,B,c三个高度截断成竹段,分别为第一个高度位置(13—19节间),第二个高度位置(2O 一26节间),第三个高度位置(27—33节间).为了保证各试样取自竹秆上相对一致的位置,将各段竹筒剖开后,对称取样,自下而上分别在每个节间截取尺寸为20mm×t×60mm(弦×径×纵向)的试条各1块,共268块.然后按照国家标准依次截取基本密度,干缩性质试样.基本密度试样与干缩性质试样分别采用不同试样.试样运回中国林业科学研究院经5—6个月气干后置于温度为(20±2)oC,相对湿度为65%±5%的环境中进行含水率调整,至质量达到稳定后制作试样.试样横截面应相互平行并与其侧面垂直,弦面保留竹青或竹黄部分,具体取样方法见图1,各试样依次编号标记.不同高度位置各节间试样的测量结果平均值表示该高度位置的性质指标.壁厚试样基本密度试样干缩性试样A:第一高度(13一l9节同);B:第二高度(2O一26节阄);c:第三高度(27—33节间).图1试样制取示意图Figure1Schematicdiagramofsamplepreparation1.2试验方法1.2.1竹壁厚度测量试样规格为20into(纵向)×20mm(弦向)×t(壁厚),试验仪器采用厚度规(日本产,型号:SONYDIGITALGAUGESTANDDZ-501,测量精度为0.001mm),分别在试样纵向上取3个不同测试点沿径向进行厚度测量,最后取平均值.1.2.2基本密度,干缩性质测量密度和干缩性质试样尺寸均为10mm(纵向)×10mm(弦向)×t(壁厚).基本密度和干缩性质测试试样经过常温清水浸泡至尺寸稳定后进行测试.基本密度测试试样体积采用排水法进行测试(试样形状不规格).具体试验方法按照国家标准测试方法GB/T15780—1995一竹材物理力学性质试验方法进行.1.3数据处理方法’试验数据采用Excel和SAS(statisticalanalysissystem,SAS)软件(SASInstitute.Ine.8.0)进行分析处句句句340?福建林学院第3O卷理,ANOV A方法用于方差分析.2结果与分析不同竹龄毛竹的主要物理性能指标见表1.由表1可知,毛竹竹壁厚度及基本密度随竹龄增加呈增加趋势,且不同竹龄毛竹竹壁厚度及基本密度间差异较显着;而毛竹体积干缩率和径向线干缩率不论是气干状态还是全干状态都随竹龄增加逐渐降低且差异较显着.表1不同竹龄毛竹的主要物理性质Table1Themainindicatorsofthephysicalpropertiesofbamboo2.1竹壁厚度变异竹秆呈中空状,它是由约50%的薄壁组织,40%的纤维组织及10%的疏导组织(导管和筛管)组成,其可利用的部分主要是秆壁.竹秆壁厚是反映竹材大小,质量的一个重要指标,竹壁越厚出材率,竹材利用率,重量和经济效益越高.研究竹秆壁厚的变化规律可为毛竹材的高效利用和定向培育提供一定的理论基础.已有研究表明¨,立竹竹壁厚度与竹龄,气候(温,湿度),立地条件,竹林经营类型和竹林经营水平等有直接关联.图2(a)表明竹壁厚度随竹龄增加呈增加趋势,其平均值变异范围为6.698—7.875mm,但各高度竹壁厚度随竹龄变化差异不显着.一般认为竹子在新竹长成后,其竹秆壁厚就基本确定,此后虽然受到气候,土壤等因素的影响而稍有变化,但变化幅度很小引.一般从竹秆基部到梢部竹壁厚度变化较大,其结构差异也较明显.由图2(b)可知,各竹龄竹壁厚度随纵向高度逐渐减少,同一竹秆纵向高度间竹壁厚度差异显着,表现为竹秆下部最大,中部次之,上部最小.本研究结果与谢芳¨的研究结果一致.竹壁厚度沿纵向高度从基部到梢部明显减小,原因是随纵向高度增加竹壁内部薄壁细胞比例增加,而维管束含量相对减少J._◆_A+B+C+平均值10.0009000口g8.000器,-ooo6.0005.00010.0009.000Cg8.0007.000制6_o0O5.000+0.5年生+1年生+2年生-◆一4年生+6年生十平均值05l246ABC竹龄/a纵向位置图2竹壁厚度随竹龄和纵向位置变异曲线Figure2Thevariationcurveofmosobamboowallthicknesswithageandlongitudinalposition2.2基本密度变异竹材密度是竹材性质的一项重要指标,在很大程度上影响竹材的力学性能.研究竹材密度随竹龄变异是确定竹材合理采伐年龄的重要依据.一般密度高的竹种,硬度大,强度高;密度小的竹种,塑性和柔软性较好;同时,竹材密度也决定其表面加工质量¨引.所以在竹材生产加工中需要按照产品用途和性能要求,根据竹材密度来选择合适竹种.一般不同竹龄,竹秆不同部位及其立地条件都会引起竹材密度变化.图3(a)表明毛竹基本密度随竹龄增加逐步增加,其平均值为O.494—0.728g?em一.此结果与周芳第4期崔敏等:不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析?341?纯u,马灵飞等的研究结果基本一致,只是在具体变异细节上存在差异.这可能是由竹龄,种源及生长环境等不同导致.竹材基本密度随竹龄增加产生变异的主要原因是竹材细胞壁及内容物随年龄增长而逐渐充实和变化.依据我国木材基本密度分级情况,密度为0.551—0.750g?cm的是中等纤维板生产用材.因此从密度上来看,毛竹材是较好的纤维板生产用材.与竹壁厚度变异情况相反,各竹龄毛竹基本密度自竹秆基部到梢部逐渐增加,且各竹龄毛竹基本密度在3个高度位置上差异显着,具体见图3(b).此结果同马灵飞等】的研究结果基本一致.引起竹材密度纵向变化的主要原因是自竹秆基部到梢部竹壁单位横截面积内维管束分布个数逐渐增加,使得维管束分布密度逐渐增加,从而整体上是竹秆基部比梢部的密度大¨引.一0.g00E0.700∞0’00翼0_500捌{l0.400十A+B+c+平均值+O.5年生十4年生一0.80000.700∞0.600铀0500*醐0.400+1年生-o.6年生+2年生+平均值0.51246A跌『aBC纵向位置图3毛竹基本密度随竹龄和纵向位置变异曲线Figure3Thevariationcurveofmosobamboobasicdensi~withageandlongitu dinalposition2.3干缩性质变异竹材经过天然或人工干燥后逐渐失去水分,竹材径向,弦向及纵向的尺寸和体积等产生收缩的现象称为干缩性.竹材干缩性质是影响竹材加工利用和产品质量稳定的重要指标.与木材一样,不同竹龄和竹秆不同部位的干缩性质存在显着差异.图4(f1)表明全干,气干体积干缩率在O.5一la时均出现明显减小,减小幅度分别为6.721%,6.580%;图5(a)表明全干,气干线干缩率无明显变化规律,但弦向干缩率整体上要大于径向干缩率.总体上各干缩性指标随竹龄增加基本呈减小趋势,在4—6fl时基本稳定.关于竹材干缩性的纵向变异,不同学者研究结果略有不同.俞友明等],於琼花等¨研究认为雷竹(Phyllostachyspraecox)和红壳竹(Plostachysiridenscens)干缩率自竹秆基部到梢部均逐渐减小.张宏健等研究认为黄竹(Dendrocalamusmembranaceus),龙竹(Dendrocalamusgiganteus)等干缩性纵向变异无明显规律.研究结果表明,毛竹除全干和气干径向线干缩率沿纵向高度自基部到梢部有小幅增加外,其余各干缩性指标均呈减小趋势[图4(b),图5(b)].引起竹材收缩的原因主要是在干燥过程中,由于维管束中导管失水发生收缩,靠拢变薄,从而引起整个竹材收缩.20.00017.000建14.000苎=11.0008.0005.000—?一湿材到全干+湿材到气干+湿材到全千+湿材到气千l5.00012.500碍婚10.000H-霪7.5005.0000.5l246A竹龄/aBC纵向高度图4毛竹体积缩率随竹龄和纵向位置变异曲线Figure4Thevariationcurvesofmosobamboovolumeshrinkingratewithage andverticalposition图5(b)表明,毛竹弦向干缩率大于径向干缩率,但弦径向干缩率差异较木材的小.这与马灵飞等342?福建林学院第30卷的研究结果一致.引起竹材径,弦向干缩性差异的主要原因是竹材在径向和弦向内部微观结构上的差异,即微管束和基本组织在分布状态上的差异.8.0006.000骠4.0002.000+全于弦向干缩+气干弦向干缩+全干径向干缩+气干径向干缩+全干弦向干缩+气干弦向干缩9.0007.000嫖H-5.0003.000+全干径向干缩一气干径向干缩O.5l246A|BC纵向位置图5毛竹线干缩率随竹龄和纵向位置变异曲线Figure5ThevariationC111”7~3ofmosobamboolineshrinkagexatewithage andverticalposition3竹龄与纵向高度对毛竹物理性质影响的差异性分析通过SAS软件对数据进行方差分析,结果如表2所示.毛竹壁厚,基本密度,体积干缩率及径向线干缩率均随竹龄变化在0.001水平显着,全干,气干弦向线干缩率随竹龄变化分别在0.05和0.01水平上显着;竹壁厚度和基本密度随纵向高度在O.001水平上较显着.由此可看出,竹龄是影响竹材物理性质的一个关键因素,在未来我国竹材加工利用中要充分考虑竹龄对其影响程度.表2毛竹材主要物理性质的方差分析’Table2Analysisofvarianceofthemainindicatorsofthephysicalpropertiesfo rPh.pubescen体积干缩率径向线干缩率弦向线干缩率壁厚基本密度——千————千—一——千—————一——千——全干气干全干气干全干气干5个竹龄水平P值显着性<0.o001<0.Oool<0.0001<0.0001<0.0001<0.00010.O44 40.0061幸}}}{}}}}}}}}}}<0.oo010.00040.19560.19450.02390.08320.58320.7427}{}十$}3个高度水平P值显着性“表示差异达0.05显着水平;表示差异达O.O1显着水平;+表示差异达O.001显着水平.4结论本研究结果是:毛竹壁厚为 6.698—7.875mm;基本密度为0.494一O.728g?cm一;全干,气干体积干缩率分别为10.204%一17.412%,7.881%一14.914%;全干时弦,径向干缩率分别为5.131%一6.119%,4.919%一5.826%;气干时弦,径向于缩率分别为 3.953%一5.264%,3.663%一4.612%.毛竹壁厚,基本密度随竹龄增加而增加;沿纵向高度自基部到梢部,壁厚逐渐减小,基本密度逐渐增加.毛竹材干缩率随竹龄增加而减少,2a后保持在稳定水平;除全于,气干径向干缩率出现小幅增加外,其余干缩指标都随纵向高度变化呈降低趋势.SAS分析可知,毛竹壁厚,基本密度,体积干缩率及径向线干缩率随竹龄变化在0.001水平上显着,弦向线干缩率随竹龄变化在0.Ol水平上显着;壁厚和基本密度随竹秆纵向高度变化在0.001水平上显着.对0.51,2,4和6年生毛竹的主要物理性质指标进行了研究,研究结果反映了该竹龄段(0.5—6年生)毛竹物理性质指标的变化规律.对于超过6年生毛竹各项物理性质变化规律应在后续工作中开展进一步研究.致谢:对中国林业科学研究院费本华研究员,谢锦忠副研究员和许明坤实验师在毛竹取材和样品制备上的指导和帮助表示衷心感谢!第4期崔敏等:不同竹龄毛竹材物理性质的差异分析?343?参考文献[1]江泽慧.世界竹藤[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2002:234—235.[2]LieseW,WeinerG.Ageingofbambooculms:Areview[J].WoodSciencea ndTechnology,1996,30:77—89.[3]ChauhanL,HawanSD,GuptaS.Effectofageonanatomicalandphysico—mechanicalpropertiesofthreeIndianbamboospecies[J].JournaloftheTDA,2000,46:11—17.[4]AbdLM,WanT,WanA,eta1.Anatomicalfeaturesandmechanicalpropert iesofthreeMalaysianbamboos[J].Journalof TropicForestryScience,1990,2:227—234.[5]EspiloyZ.Effectofageonthephysico—mechanicalpropertiesofsomePh ilippineBamboo[C]∥BambooinAsiaandthePacific ProcInternBambooworkshop.Nov,1991,Chiangmai,FORSPANo6.Bangk ok:IDRC/FAO/UNDP,1994:180—182.[6]SattarMA,KabirMF,BattacharjeeDK.Effectofageandheightpositionof Muh(Melocamabaccifera)andBorak(Bambusabalcooa)bamboosontheirphysicalandmechanicalproperties[C]∥BambooinAsiaandthePacificProcInternBambooworkshop.Nov,1991,Chiangmai,FORSPANo6.Bangkok:IDRC/ FAO/UNDP,1994:183—187.[7]苏文会,顾小平,朱如云,等.大木竹竹材物理性质研究[J].南京林业大学:自然科学版,2007,31(2):42—46.[8]国家技术监督局.GB/TI5780—1995竹材物理力学性质实验方法[s].北京:中国标准出版社,1996.[9]林华.毛竹工业用竹材高效培育技术效果分析[J].竹子研究汇刊,2008,27(2):42—47.[1O]鲁顺保,饶玮,彭九生,等.立地条件对毛竹生物量的影响研究[J].浙江林业科技,2008,28(4):22—27.[11]汪阳东,韦德煌.气象因素对毛竹秆形生长变异的影响[J].竹子研究汇刊,2002,21(1):46—52.[12]庄裕根.撑麻7号竹材构件因子关系研究[J].世界竹藤通讯,2007,5(4):35—38.[13]汪阳东.竹子秆形生长和变异的研究进展[J].竹子研究汇刊,2001,20(4):28—33.[14]谢芳.毛竹节问性状及其海拔效应研究[J].江西农业大学,2002,24(1):86—89.[15]杨永福,李黎,武丽清.毛竹物理性质对刨切表面质量的影响[J].北京林业大学,2008,30(1):133—136.[16]周芳纯.竹材物理力学性质的研究[J].南京林产工业学院,1981,2:1—32.[17]马灵飞,马乃训.毛竹材材性变异的研究[J].林业科学,1997,33(4):356—364.[18]FujiiT.Cell-wallstructureoftheculmofAzumanezasa(Pleioblastuschi noMax)[J].MokuzaiGakkalshi,1985,31:865—872.[193GlosserD,LieseW.OntheanatomyofAsianbamboos,wlthspecialrefer encetotheirv~Lseularbundles[J].WoodScienceandTechnology,1971,5:290—312.[20]俞友明,杨云芳,方伟,等.红壳竹人工林竹材物理力学性质的研究[J].竹子研究汇刊,2001,20(4):42—46.[21]於琼花,俞友明,金永明,等.雷竹人工林竹材物理力学性质[J].浙江林学院,2004,21(2):130—133.[22]张宏健,杜凡,张福兴.云南4种典型材用丛生竹宏观解剖结构与主要物理力学性质的关系[J].林业科学,1999,35(4):66—70.[23]马灵飞,项利清,汪贤洪.浙江省6种丛生竹材物理力学性质的研究[J].竹类研究,1989(4):25—32.(责任编辑:卢凤关)。
竹单层顺纹拉伸性能测试与分析
林业工程学报，２０２３，８（６）：５８－６３ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０５０２０收稿日期：２０２３－０５－２３㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０６－２９基金项目：浙江省科技厅公益性项目（ＬＧＮ２１Ｃ１６０００６）；浙江省科技厅重点项目（２０２１Ｃ０２０１７）㊂作者简介：龚震鸿，男，研究方向为天然竹纤维及其复合材料㊂通信作者：张蔚，女，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１６２４５４３８２５＠ｑｑ．ｃｏｍ竹单层顺纹拉伸性能测试与分析龚震鸿１，张蔚２∗，周超２，姚文斌２，俞伟鹏２，张天翼２（１．浙江农林大学光机电工程学院，杭州３１１３００；２．浙江农林大学暨阳学院，绍兴３１１８００）摘㊀要：竹材中纤维束密度从竹黄到竹青沿径向逐层增加，为了获得竹材任意单层的顺纹拉伸性能，基于竹材的层合特性，提出从竹青㊁竹黄两面逼近的削减法㊂从竹青㊁竹黄两侧按一定厚度依次削减至竹片中心层以获得不同厚度的测试试件，并测得其顺纹拉伸性能㊂研究建立竹单层与削减后试件的拉伸力学关系模型，获得相应竹单层的顺纹弹性模量及拉伸强度㊂通过对毛竹顺纹拉伸试验及计算分析，获得了沿径向弹性模量㊁拉伸强度的数学表达式；各单层的弹性模量与拉伸强度的计算式分别为Ｅ＝５．８６＋３４．０２／［１＋（ｘ／１．３４）２．２１］和σ＝８６．２１＋５０５．２／［１＋（ｘ／１．３４）２．１９］㊂结果表明：毛竹的各层力学性能从竹青层至竹黄层逐渐递减；单层计算式误差随分层数增加而减小，当取单层厚度为０．５ｍｍ（１６等分）时，其竹材弹性模量与拉伸强度计算值与试验值的误差分别为２．４１％，４．２６％㊂本研究获得了毛竹顺纹弹性模量及拉伸强度沿径向的变化规律，对竹单层计算精度高，为竹材力学性能分析及利用提供了一种有效的方法㊂关键词：竹材；竹单层；顺纹拉伸；双面削减法；层合结构中图分类号：Ｓ７８１．９㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０６－００５８－０６ＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｌｉｎｅａｒｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙＧＯＮＧＺｈｅｎｈｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＷｅｉ２∗，ＺＨＯＵＣｈａｏ２，ＹＡＯＷｅｎｂｉｎ２，ＹＵＷｅｉｐｅｎｇ２，ＺＨＡＮＧＴｉａｎｙｉ２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＯｐｔｉｃａｌ⁃ｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１１３００，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉｙａｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ３１１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｅｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｂａｍｂｏｏｈａｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌ⁃ｆｒｉｅｎｄｌｙ，ｓｈｏｒｔｇｒｏｗｔｈｃｙｃｌｅ，ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｌｏｎｇｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅ，ｈａｖｉｎｇａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ，ｔｅｘｔｉｌｅｓ，ａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂａｍｂｏｏａｎｄｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｆｉｂｅｒ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｌｉｎｅａｒｔｅｎ⁃ｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｑｕａｌｉｔｙｏｆｂａｍｂｏｏ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｎｙｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｏｆｂａｍｂｏｏａｌｏｎｇｉｔｓｇｒａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｈａｔａｐｐｒｏａｃｈｅｓｆｒｏｍｂｏｔｈｔｈｅｇｒｅｅｎａｎｄｙｅｌｌｏｗｓｉｄｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｂａｓｅｄｏｎｉｔｓｌａｍｉｎａｔｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗａｓｐｒｏ⁃ｐｏｓｅｄ．Ｆｒｏｍｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｇｒｅｅｎａｎｄｂａｍｂｏｏｙｅｌｌｏｗ，ａｃｅｒｔａｉｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓｃｕｔｔｏｔｈｅｃｅｎｔｅｒｌａｙｅｒｏｆｂａｍ⁃ｂｏｏｓｈｅｅｔｔｏｏｂｔａｉｎｔｅｓｔｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅｉｒｓｍｏｏｔｈｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｔｅｎ⁃ｓｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｍｏｄｅｌｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂａｍｂｏｏｍｏｎｏｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅｒｅｄｕｃｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｂａｍｂｏｏｍｏｎｏｌａｙｅｒｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂｙｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｓｏｎｂａｍｂｏｏａｌｏｎｇｉｔｓｇｒａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｆｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕ⁃ｌｕｓ（Ｅ）ａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ（σ）ｏｆｅａｃｈｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｏｆｂａｍｂｏｏｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｓｆｏｒｔｈｅｅｌａｓ⁃ｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｅａｃｈｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｗｅｒｅＥ＝５．８６＋３４．０２／［１＋（ｘ／１．３４）２．２１］ａｎｄσ＝８６．２１＋５０５．２／［１＋（ｘ／１．３４）２．１９］，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅａｃｈｌａｙｅｒｏｆｍｏｓｏｂａｍｂｏｏｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｇｒｅｅｎｌａｙｅｒｔｏｔｈｅｙｅｌｌｏｗｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｅａｃｈｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｄｅｃｒｅａｓｅｄａｓｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｌａｙｅｒｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｅｎｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｅａｃｈｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｗａｓ０．８ｍｍ（１０ｅｑｕａｌｐａｒｔｓ），ｔｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂａｍｂｏｏａｎｄｔｈｅｉｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓｗｅｒｅ１０．９７％ａｎｄ１０．６８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｅａｃｈｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｗａｓ０．５ｍｍ（１６ｅｑｕａｌｐａｒｔｓ），ｔｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂａｍｂｏｏａｎｄｔｈｅｉｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓｗｅｒｅ２．４１％ａｎｄ４．２６％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｌｏｎｇｔｈｅｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｍｏｓｏｂａｍｂｏｏ，ｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｉｎｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｓｉｎｇｌｅ⁃ｌａｙｅｒｂａｍｂｏｏ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏ．㊀第６期龚震鸿，等：竹单层顺纹拉伸性能测试与分析Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂａｍｂｏｏ；ｂａｍｂｏｏｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒ；ｐａｒａｌｌｅｌｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ；ｄｏｕｂｌｅ⁃ｓｉｄｅｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ｌａｍｉｎａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ㊀㊀随着自然资源的日益减少，以竹代木㊁以竹代塑将成为发展趋势［１］㊂竹材是天然的各向异性复合材料，其力学性能与含水率㊁竹种㊁竹龄㊁纤维束含量等因素有着密切关系㊂关于竹材结构与力学性能，众多学者对不同含水率［２］㊁竹种［３］㊁竹龄与竹竿高度［４］㊁竹材直径与竹龄［５－６］㊁竹材中纤维及维管束的力学性能［７］㊁密度对竹材力学性能的影响［８－９］也进行了许多研究㊂竹材中纤维束密度从竹黄到竹青沿径向逐渐增加，是一种非均匀各向异性材料，其微观结构㊁破坏形式与复合材料相似，符合叠层板原理［１０－１１］㊂因此，竹材可被视为由单层板组成的梯度增强单向复合材料㊂本研究所述 竹单层 或 单层板 为竹材中任意厚度含有单向纤维束的单层竹片，其尺寸理论上大于单根纤维束直径㊂目前，在竹材物理力学性能的研究方面，对于竹单层的力学性能研究较少㊂刘焕荣［１２］进行了竹材竹青㊁竹肉和竹黄３层的顺纹拉伸试验，结果表明，竹青部位的弹性模量和抗拉强度分别约为竹黄的５倍和３倍㊂夏旭光等［１３］建立了竹单层与整竹顺纹抗压弹性模量的数学模型㊂嵇伟兵等［１４］利用插值法推算任意单层的压缩弹性模量，建立了整体与单层弹性模量的力学模型㊂郝际平等［１５］研究了竹节对竹材力学性能的影响，结果表明，竹节对顺纹拉伸强度有削弱作用㊂梅诗意等［１６］探究了弧面竹青的抗拉性能，建立了任意含水率下弧面竹青的顺纹抗拉弹性模量计算公式㊂Ｈａｎ等［１７］探究了去青㊁去黄对竹材性能的影响，结果表明，竹青层对竹材性能起着增强作用，竹黄层对竹材性能影响不大㊂可以看出，目前涉及竹材分层顺纹拉伸性能的研究仅至竹青㊁竹黄及竹肉３层㊂对顺纹压缩性能，仅提出了竹单层的弹性模量力学模型，且计算时有试验的局限性㊂竹材纤维束平行分布于其基体组织中，顺纹拉伸性能是其主要性能指标㊂在竹材加工及竹纤维的制备中，需要获知不同厚度位置处材料的顺纹拉伸性能，以提高竹材利用率及产品质量，即对竹材的分级利用提出了更高的要求［１８］㊂因此，获得竹材不同厚度位置任意单层的力学性能尤为重要㊂由于竹单层试件加工及测试难度大，本研究在前期研究基础上，选用毛竹（Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓｐｕｂｅｓｃｅｎｓ）为研究对象，基于竹材的层合结构，提出从竹青㊁竹黄双面逼近的削减法，先对竹材进行削减分层测试，再通过建立数学表达式，以获得竹材任意厚度单层的顺纹拉伸性能，为竹材的力学分析及加工利用提供有效的方法㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验材料毛竹来自浙江省丽水市缙云县，采集的样竹均为５年生㊂随机抽取１０株胸径（从伐根至１．３ｍ高度处的直径）１００ｍｍ以上，外表无明显缺陷且竹青未损伤的样竹㊂１．２㊀试验设备自制竹材剖片机㊁电热恒温鼓风干燥箱（１０１⁃００ＢＳ型）㊁电子万能力学实验机（ＷＯＷ⁃２００Ｃ型）㊁电子引伸计（ＹＹＵ⁃２５／５０型）㊁电子分析天平㊁小型切割机㊁手持砂轮㊁游标卡尺㊁刀具等㊂１．３㊀试验方法与试件制备１．３．１㊀试验方法测试方法以ＧＢ／Ｔ１５７８０ １９９５‘竹材物理力学性质试验方法“为依据，制作竹材顺纹拉伸试件，并提出新的测试方法 双面削减法 进行顺纹拉伸测试，同时测试毛竹试件的含水率㊂１．３．２㊀标准试件的制备与测试按ＧＢ／Ｔ１５７８０ １９９５进行标准试件的制作及测试：①将采集到的样竹利用竹材剖片机开片并利用刀具将其制成长１ｍ㊁宽４０ｍｍ的竹条；②利用切割机将竹条切割为长２８０ｍｍ且不带竹节的竹片；③制作顺纹拉伸试件（图１），并用手持砂轮和刀具进行精加工，共制作３０个试件；④将制作完成的试件夹持在万能力学试验机上，并将电子引伸计安装在中部６０ｍｍ宽度处的两端，试验时以均匀速度加载并将试验机参数调整为０．６ｍｍ／ｍｉｎ，测量标准试件的弹性模量及拉伸强度㊂图１㊀顺纹拉伸试件尺寸Ｆｉｇ．１㊀Ｓｉｚｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｓｐｅｃｉｍｅｎ１．３．３㊀双面削减法原理及试件制备由于竹单层顺纹拉伸性能试件测试截面小，制作困难，因此根据竹材层合结构特点提出双面削减９５林业工程学报第８卷法，如图２所示，从竹青㊁竹黄两侧按一定厚度依次削减至竹片中心层，获得不同厚度的测试试件㊂根据分层要求，从之前制作好的完整试件中随机挑选２５个（共５组，每组５个），分别从竹青层与竹黄层向内削减，获得不同厚度的测试试件㊂对竹材削减后的试件进行拉伸试验，测得其顺纹拉伸性能，再通过计算获得竹单层（削减部分）顺纹弹性模量及拉伸强度㊂图２㊀竹材双面削减法Ｆｉｇ．２㊀Ｂａｍｂｏｏｄｏｕｂｌｅ⁃ｓｉｄｅｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ顺纹拉伸过程：①对完整试件Ｓ０进行测试，得出完整试件Ｓ０的顺纹拉伸强度；②将完整试件Ｓ０进行第一次削减（削去竹青１ｍｍ），对余下部分Ｓ１进行测试，得出余下部分Ｓ１的顺纹拉伸强度；③将Ｓ１视为完整试件进行第二次削减（沿壁厚方向削去２ｍｍ），对余下部分Ｓ２进行测试，得出余下部分Ｓ２的顺位拉伸强度；④将Ｓ２视为完整试件进行第三次削减（沿壁厚方向削去２ｍｍ），对余下部分Ｓ３进行测试，得出余下部分Ｓ３的顺纹拉伸强度；⑤将完整试件Ｓ０进行第一次削减（削去竹黄１ｍｍ），对余下部分Ｓ１ᶄ进行测试，得出余下部分Ｓ１ᶄ的顺纹拉伸强度；⑥将Ｓ１ᶄ视为完整试件进行第二次削减（沿壁厚方向削去２ｍｍ），对余下部分Ｓ２ᶄ进行测试，得出余下部分Ｓ２ᶄ的顺纹拉伸强度；⑦根据上述得到的拉伸强度，通过计算得出从竹青到竹黄各单层（削减部分）顺纹弹性模量及拉伸强度㊂２㊀竹单层顺纹拉伸测试与计算２．１㊀双面削减法试件的测试在毛竹及削减后的顺纹拉伸试件上加装电子引伸计，用于弹性模量的测试㊂６组试件的平均弹性模量及拉伸强度见表１㊂试件拉伸时均未发现屈服阶段，应力⁃应变曲线呈线性关系，如图３所示，表现出脆性材料特性㊂通过表１和图３可以看出：试件在去掉竹青后，竹材的拉伸强度明显下降；去掉竹黄后，竹材的拉伸强度与完整试件之间无明显变化；竹肉层的拉伸强度也随着厚度的减少而减小㊂竹材拉伸时未发现明显的屈服阶段，竹材断裂发生在试件中部且断口较光滑整齐，符合脆性材料断裂特征㊂通过含水率测试，该批次毛竹试件平均含水率为３８．５％㊂表１㊀毛竹削减后的顺纹拉伸力学性能Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｅｎｓｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｏｓｏｂａｍｂｏｏａｆｔｅｒｃｕｔｔｉｎｇａｌｏｎｇｔｈｅｇｒａｉｎ试件名称厚度／ｍｍ最大拉伸力／Ｎ弹性模量／ＧＰａ拉伸强度／ＭＰａ平均值标准差平均值标准差Ｓ０８３０８３．００１２．７７２．１１１９２．６９９．７６Ｓ１７２００４．９３１２．６６２．７５１４３．２１１９．９０Ｓ２５１０６６．１６７．５９１．５０１０６．６１１９．４２Ｓ３３５６６．９６７．４５１．１０９４．４５１２．５６Ｓ２ᶄ５２４４６．００１７．０９０．９４２４４．６０１０．３４Ｓ１ᶄ７２９０１．２０１０．３９１．９４２０７．２３１６．３８图３㊀顺纹拉伸的应力⁃应变曲线Ｆｉｇ．３㊀Ｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇａｌｏｎｇｔｈｅｇｒａｉｎ２．２㊀各单层竹片的顺纹弹性模量及拉伸强度计算如前所述，竹材可看成是由竹单层组成的叠层板，如图４所示，双面消减法加工出不同厚度毛竹试件的应力⁃应变曲线如图３所示，每一单层是竹材被削减掉的部分㊂竹材试件在顺纹拉伸时，沿轴向处于单向受拉状态，根据力的合成原理，作用在各单层上的拉力之和应等于作用于竹材试件上的拉伸力；对于削减法得到的单层竹片，作用在各单层竹片的拉伸力应为其削减前后２个试件上的拉伸力之差，由此可以计算出各单层的拉伸强度（图５）㊂竹材顺纹拉伸试验中，试件两端被夹紧并整０６㊀第６期龚震鸿，等：竹单层顺纹拉伸性能测试与分析体沿轴向发生位移㊂因此，竹材各单层的拉伸应变与其整体应变是相同的㊂根据材料力学公式［１９］：图４㊀竹单层竹片示意图Ｆｉｇ．４㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｓｉｎｇｌｅ⁃ｌａｙｅｒｂａｍｂｏｏｓｈｅｅｔεｉ＝ε（１）Ｆｉ＝ＦＳ（ｉ－１）－ＦＳｉ（２）σ１＝ＦＳ０－ＦＳ１Ａ１，σ２＝ＦＳ１－ＦＳ２Ａ２， ，σｎ＝ＦＳ（ｎ－１）－ＦＳｎＡｎσᶄ１＝ＦＳ０－ＦᶄＳ１Ａ１ᶄ，σᶄ２＝ＦᶄＳ１－ＦᶄＳ２Ａᶄ２， ，σᶄｎ＝ＦᶄＳ（ｎ－１）－ＦᶄＳｎＡᶄｎìîíïïïïï（３）Ａｉ＝ｂｔｉ（４）Ｅｉ＝σｉε（５）式中：Ｆｉ为竹单层最大拉伸力，Ｎ；Ａｉ为竹单层受力面积，ｍｍ２；ｂ为毛竹标准试件宽度，ｍｍ；ｔｉ为竹单层厚度，ｍｍ；σｉ为竹单层顺纹拉伸强度，ＭＰａ；ε为轴向最大应变；Ｅｉ为竹单层顺纹弹性模量，ＧＰａ；ｎ为削减次数；ｉ为竹材层，ｉ＝１，２， ，ｎ，ｎᶄ， ，２ᶄ，１ᶄ㊂图５㊀双面削减法顺纹拉伸示意图Ｆｉｇ．５㊀Ｔｅｎｓｉｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｄｏｕｂｌｅ⁃ｓｉｄｅｄｃｕｔｔｉｎｇａｌｏｎｇｔｈｅｇｒａｉｎ㊀㊀按式（２） （４）结合表１试验数据，可计算出竹材各单层的拉伸强度，如表２所示㊂按表１中未削减竹材（Ｓ０）的数据计算出整竹应变量ε，再根据式（１）和（５）计算出各单层的弹性模量，如表２所示㊂从表２数据可知，毛竹力学性能从竹青层至竹黄层递减㊂表２㊀各单层竹片力学性能Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅａｃｈｂａｍｂｏｏｌａｙｅｒ竹单层厚度／ｍｍ最大拉伸力／Ｎ弹性模量／ＧＰａ拉伸强度／ＭＰａ竹青层１１０７８．０７３６．４４５３９．０４竹肉层１２９３８．００１５．８６２３４．５０竹肉层２２４９９．２０８．４３１２４．８０竹肉层３２４５５．２０７．６９１１３．８０竹黄层１１８２．００６．１７９１．００２．３㊀毛竹顺纹弹性模量及拉伸强度沿径向变化规律㊀㊀运用Ｏｒｉｇｉｎ软件对表２中弹性模量与距离数据点进行回归分析，并用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线拟合可以得到：弹性模量Ｅ与任意位置到外壁（竹青）的垂直距离ｘ的变化符合方程Ｅ＝５．８６＋３４．０２／［１＋（ｘ／１．３４）２．２１］，且Ｒ２为０．９９６㊂对表２中拉伸强度与距离进行回归分析，并用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线拟合可以得到：拉伸强度与距离的变化符合方程σ＝８６．２１＋５０５．２／［１＋（ｘ／１．３４）２．１９］，且Ｒ２为０．９９５，如图６所示㊂Ｅ＝５．８６＋３４．０２／［１＋（ｘ／１．３４）２．２１］（６）σ＝８６．２１＋５０５．２／［１＋（ｘ／１．３４）２．１９］（７）从式（６）和（７）中可以看出，竹单层的弹性模量㊁拉伸强度与到竹青外壁的距离呈负相关，即与竹青距离越大，弹性模量与拉伸强度值越小㊂从拟合曲线图６可以看出：竹材顺纹弹性模量及拉伸强度沿径向（即从竹青至竹黄）的变化呈下降趋势，从竹青急剧下降至壁厚１／４处后趋于平缓，过竹材厚度中心后变化较小；竹青侧的弹性模量和拉伸强度为竹黄侧的５ ６倍㊂主要是由于纤维束密度从１６林业工程学报第８卷竹青至竹黄不断减小，且竹青侧远高于竹黄侧，符合竹材的结构特点㊂图６㊀毛竹弹性模量及拉伸强度⁃距离曲线Ｆｉｇ．６㊀Ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ⁃ｄｉｓｔａｎｃｅｃｕｒｖｅｓｏｆｍｏｓｏｂａｍｂｏｏ３㊀竹单层顺纹拉伸模量及强度计算式的验证㊀㊀为了验证本研究中数学表达式的正确性，考虑到本试验用毛竹维管束为１６层，同时为方便计算，将毛竹分别按１．６，１．０，０．８，０．５ｍｍ分成５，８，１０，１６层进行计算校核㊂通过式（６）和（７）分别计算出各层弹性模量及拉伸强度，再通过式（８） （１１）计算出整竹的弹性模量及拉伸强度，与试验结果进行比较㊂Ｆ计＝（σ１＋σ２＋ σｎ）ｂｔ（８）σ计＝Ｆ计Ａ（９）Ｅ计＝σ计ε（１０）ｆ＝ｘ－ａａ（１１）式中：Ｆ计为计算最大拉伸力，Ｎ；Ａ为受力面积，ｍｍ２；ｔ为分层试件的厚度，ｍｍ；σ计为顺纹拉伸强度，ＭＰａ；Ｅ计为顺纹弹性模量，ＧＰａ；ｆ为误差值，％；ｘ为试验值；ａ为计算值㊂利用上述公式可以计算出毛竹的弹性模量和拉伸强度，并与未进行削减的竹材测量值进行对比，结果如表３所示㊂计算结果表明：将毛竹等分为单层厚度１．６ｍｍ（５层）时误差最大，其弹性模量误差值为２６．０６％，拉伸强度误差值为２７．５２％㊂等分为１６份时误差值最小，其弹性模量误差值为２．４１％，拉伸强度误差值为４．２６％；并且分层越多其计算误差越小，当单层厚度为０．５ｍｍ（１６层）时，与试验测量数据接近相同㊂竹材中纤维束含量从竹黄至竹青逐渐增加，沿竹材径向的拉伸力学性能也随之变化，竹材中纤维束尺度接近微米级㊂分层数越多，由拟合方程得到的单层竹性能参数越精确，对整竹的性能计算值也越趋于准确，符合竹材梯度增强的层合结构特性㊂这也说明本研究提出的双面削减法是可行的，竹单层顺纹拉伸模量及强度计算式是正确的㊂表３㊀不同分层弹性模量及顺纹拉伸强度的计算对比Ｔａｂｌｅ３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｌｏｎｇｇｒａｉｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｅｒｓ层数弹性模量拉伸强度测试值／ＧＰａ计算值／ＧＰａ误差值／％测试值／ＭＰａ计算值／ＭＰａ误差值／％５１２．７７１０．１３２６．０６１９２．６９１５１．１０２７．５２８１１．２１１３．９２１６９．１４１３．９２１０１１．５４１０．９７１７４．１０１０．６８１６１２．４７２．４１１８４．８１４．２６４㊀结㊀论１）运用双面削减法对竹片削减加工后试件进行顺纹拉伸性能测试，通过计算获得竹单层的力学性能，进行回归分析后得到竹材顺纹弹性模量及拉伸强度随厚度变化的数学表达式分别为Ｅ＝５．８６＋３４．０２／［１＋（ｘ／１．３４）２．２１］和σ＝８６．２１＋５０５．２／［１＋（ｘ／１．３４）２．１９］㊂通过计算可知，竹片分层越多，其误差越小，当单层厚度为０．８ｍｍ（分１０层）时，与试验值误差为１０％左右，当单层厚度为０．５ｍｍ（１６层）时，表达式计算结果与实测结果基本吻合㊂说明表达式对竹单层性能计算精确性高，符合竹材的层合结构特点㊂２）提出的双面削减法通过从竹材竹青㊁竹黄两侧削减获得测试试件，使最薄试件厚度保持竹材厚度的一半，便于加工和测试，有效解决了竹单层难以获得及测量的难题，同时也避免了单面削减后试件太薄的问题，因此，可以用于任何厚度的竹材㊂３）本研究提出的试验方法可操作性强，获得的数学表达式可以计算任意分层后单层的顺纹拉伸性能，为竹材物理力学性能的研究及应用提供了有效的方法㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］卿彦． 双碳 战略目标下木竹基先进功能材料研究进展［Ｊ］．中南林业科技大学学报，２０２２，４２（１２）：１３－２５．ＤＯＩ：１０．１４０６７／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７３－９２３ｘ．２０２２．１２．００２．ＱＩＮＧＹ．ＡｄｖａｎｃｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｎａｔｕｒａｌｗｏｏｄａｎｄｂａｍｂｏｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｄｏｕｂｌｅｃａｒｂｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ＆２６㊀第６期龚震鸿，等：竹单层顺纹拉伸性能测试与分析Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４２（１２）：１３－２５．［２］王军芳，卢超丰，田尔布，等．三明毛竹材的顺纹抗拉力学性能分析［Ｊ］．三明学院学报，２０２１，３８（６）：９３－１０１．ＤＯＩ：１０．１４０９８／ｊ．ｃｎ３５－１２８８／ｚ．２０２１．０６．０１４．ＷＡＮＧＪＦ，ＬＵＣＦ，ＴＩＡＮＥＢ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳａｎｍｉｎｇＰｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓｐｕｂｅｓｃｅｎａｌｏｎｇｔｈｅｇｒａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２１，３８（６）：９３－１０１．［３］杨中强，祝频，黄世能，等．８种丛生竹竹材物理力学性能研究［Ｊ］．广东建材，２０１１，２７（６）：１２９－１３１．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－４８０６．２０１１．０６．０４５．ＹＡＮＧＺＱ，ＺＨＵＰ，ＨＵＡＮＧＳＮ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ８ｓｐｅｃｉｅｓｏｆｃｌｕｓｔｅｒｅｄｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１１，２７（６）：１２９－１３１．［４］谢九龙，齐锦秋，周亚巍，等．慈竹材物理力学性质研究［Ｊ］．竹子研究汇刊，２０１１，３０（４）：３０－３４．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６５６７．２０１１．０４．００７．ＸＩＥＪＬ，ＱＩＪＱ，ＺＨＯＵＹＷ，ｅｔａｌ．Ａｓｔｕｄｙｏｎｂａｍｂｏｏｐｈｙｓｉｃｏ⁃ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮｅｏｓｉｎｏｃａｌａｍｕｓａｆｆｉｎｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｍｂｏｏＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１１，３０（４）：３０－３４．［５］ＬＯＴＹ，ＣＵＩＨＺ，ＬＥＵＮＧＨＣ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｉｂｅｒｄｅｎｓｉｔｙｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｃａｐａｃｉｔｙｏｆｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００４，５８（２１）：２５９５－２５９８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｍａｔｌｅｔ．２００４．０３．０２９．［６］苏小飞，童佳鸣，李铭，等．竹龄对金佛山方竹形态可塑性的影响［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０２０，４４（４）：８６－９２．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０１９０２０２７．ＳＵＸＦ，ＴＯＮＧＪＭ，ＬＩＭ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆａｇｅｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｏｆＣｈｉｍｏｎｏｂａｍｂｕｓａｕｔｉｌｉｓ（Ｋｅｎｇ）ＫｅｎｇＦ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０２０，４４（４）：８６－９２．［７］周爱萍，黄东升，车慎思，等．竹材维管束分布及其抗拉力学性能［Ｊ］．建筑材料学报，２０１２，１５（５）：７３０－７３４．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０１２．０５．０２８．ＺＨＯＵＡＰ，ＨＵＡＮＧＤＳ，ＣＨＥＳＳ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｖａｓｃｕ⁃ｌａｒｂｕｎｄｌｅｓｏｆｂａｍｂｏｏａｎｄｉｔｓｔｅｎｓｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，１５（５）：７３０－７３４．［８］ＤＡＵＬＥＴＢＥＫＡ，ＬＩＨＴ，ＬＯＲＥＮＺＯＲ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｂａｓｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｂａｍｂｏｏｌｕｍｂｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｎｅｗａｂｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，１０（２）：２７３－３００．ＤＯＩ：１０．３２６０４／ＪＲＭ．２０２２．０１７８０５．［９］ＤＩＸＯＮＰＧ，ＧＩＢＳＯＮＬＪ．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＭｏｓｏｂａｍｂｏｏｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＲｏｙａｌＳｏｃｉｅｔｙ，Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，２０１４，１１（９９）：２０１４０３２１．ＤＯＩ：１０．１０９８／ｒｓｉｆ．２０１４．０３２１．［１０］冼杏娟，冼定国．竹材的微观结构及其与力学性能的关系［Ｊ］．竹子研究汇刊，１９９０，９（３）：１０－２３．ＸＩＡＮＸＪ，ＸＩＡＮＤＧ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｌｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｍｂｏｏＲｅｓｅａｒｃｈ，１９９０，９（３）：１０－２３．［１１］ＴＡＮＴ，ＲＡＨＢＡＲＮ，ＡＬＬＡＭＥＨＳＭ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐ⁃ｅｒｔｉｅｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉａ，２０１１，７（１０）：３７９６－３８０３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ａｃｔｂｉｏ．２０１１．０６．００８．［１２］刘焕荣．竹材的断裂特性及断裂机理研究［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１０．ＬＩＵＨＲ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｉｎｂａｍｂｏｏ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，２０１０．［１３］夏旭光，姚文斌，俞伟鹏，等．非均匀竹材各单层顺纹抗压弹性模量的测定［Ｊ］．竹子学报，２０１８，３７（４）：４９－５５．ＤＯＩ：１０．１９５６０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１０００－６５６７．２０１８．０４．０１０．ＸＩＡＸＧ，ＹＡＯＷＢ，ＹＵＷＰ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｇｒａｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＭＯＥｏｆｅａｃｈｌａｙｅｒｏｆｎｏｎ⁃ｕｎｉｆｏｒｍｂａｍ⁃ｂｏｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｍｂｏｏＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１８，３７（４）：４９－５５．［１４］嵇伟兵，姚文斌，马灵飞．龙竹和绿竹竹材壁厚度方向的梯度力学性能［Ｊ］．浙江林学院学报，２００７，２４（２）：１２５－１２９．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－０７５６．２００７．０２．００２．ＪＩＷＢ，ＹＡＯＷＢ，ＭＡＬＦ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｇｒａｄｕａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｙｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｂａｍｂｏｏｗａｌｌｏｆＤｅｎｄｒｏｃａｌａｍｕｓｇｉｇａｎｔｅｕｓａｎｄＤｅｎｄｒｏｃａｌａｍｏｐｓｉｓｏｌｄｈａｍｉ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＣｏｌｌｅｇｅ，２００７，２４（２）：１２５－１２９．［１５］郝际平，秦梦浩，田黎敏，等．毛竹顺纹方向力学性能的试验研究［Ｊ］．西安建筑科技大学学报（自然科学版），２０１７，４９（６）：７７７－７８３．ＤＯＩ：１０．１５９８６／ｊ．１００６－７９３０．２０１７．０６．００２．ＨＡＯＪＰ，ＱＩＮＭＨ，ＴＩＡＮＬＭ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓｐｕｂｅｓｃｅｎａｌｏｎｇｔｈｅｇｒａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１７，４９（６）：７７７－７８３．［１６］梅诗意，赵东晖，孟鑫淼，等．弧面竹青抗拉性能试验［Ｊ］．林业工程学报，２０２２，７（３）：６０－６６．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２１０４０３３．ＭＥＩＳＹ，ＺＨＡＯＤＨ，ＭＥＮＧＸＭ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｒｃｏｕｔｅｒｇｒｅｅｎｓｋｉｎｏｆｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，７（３）：６０－６６．［１７］ＨＡＮＧ，ＬＩＲＲ，ＷＡＮＧＣＧ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｒｅｅ⁃ｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａｇｅｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｏｓｏｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＢｉｏＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，２０２１，１６（２）：２４０６－２４１５．ＤＯＩ：１０．１５３７６／ｂｉｏｒｅｓ．１６．２．２４０６－２４１５．［１８］苏勤，宗钰容，黄爱月，等．竹材分级研究现状与展望［Ｊ］．林产工业，２０２２，５９（３）：４９－５４．ＤＯＩ：１０．１９５３１／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－５２９９．２０２２０３００９．ＳＵＱ，ＺＯＮＧＹＲ，ＨＵＡＮＧＡＹ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｂａｍｂｏｏｇｒａｄｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＦｏｒｅｓｔＰｒｏｄｕｃｔｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２２，５９（３）：４９－５４．［１９］张涛然，晁晓洁，郭丽红．材料力学［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，２０１８．ＺＨＡＮＧＴＲ，ＣＨＡＯＸＪ，ＧＵＯＬＨ．Ｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ：ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２０１８．（责任编辑㊀莫弦丰）３６。
车筒竹、箣竹和越南巨竹竹材的主要物理性质研究
展迅 速 ， Байду номын сангаас而从 当前 竹 资源 的需 求 和 利用 状 况看 ， 竹 种开 发仍较单 一 ， 其是竹板 材加工 几乎 完全依 赖毛 尤
竹 （ ｈ ｌ ｓ ｃｙ ｕｉ）竹 原料供 需矛 盾突 出＿ ， Ｐ ｙｌ ｔ ｈ ｓ ｄ ｌ ， ｏａ ｅ ｓ １ 已 ］
成为 制约竹产 业 的发 展瓶 颈 问题 之 一 。与 散 生竹 相
南 巨竹 秆 高达 ２ 胸 径 １ ～ １ ｍ， 间长 ４ ～ ４ｍ， ０ ８ｃ 节 ０ ５ ｍ， 具有 作为 材用 原料竹 的开发潜 力 。关 于车 ０ｃ 均 筒竹 、 竹和越 南 巨 竹 的研 究 ， 文 献 资 料 看 ， 要 莉 从 主 集 中在生 物学 特性 、 苗 、 理 、 观形 态 和加 工 利 育 生 微
ｂｕ ａ ａ 和 越 南 巨 竹 （ ｎ ｒｃ ｌｍｕ ｕ ｎ ｎ — ｌｍｅ ｎ ） Ｄｅｄ ｏａａ ｓｙ ｎ ａ ｉ Ｃ Ｓ 是 主分 布 于 云南 、 西 和广 东 等 省 区 的大 型 丛 Ｕ） 广 生竹 种 ， 据文 献记 载口 ¨ 和实地 调查 ， 现该 ３种丛 ］ 发
生 竹秆 形高 大 、 间较 长 ， 中 车筒 竹 秆 高 可 达 ２ 节 其 ５ ｍ 以上 ， 胸径 达 １ ～ １ １ ， 间长 ２ ￣３ ｍ； ０ ５Ｃ Ｉ节 Ｔ ０ ５ｃ 莉竹
ｂ ｕｍｅ ａ ｗｅ ｅ ｓｉ ｈｔｙ ｓ ｌｅ ．Ｔｈｅａ ｒ ｄ ｉ ｄ ｖ ｕ ｅ ｓ ｉ ｋａ ｅ ｒ ｔｏ ｏ ｈ ｈ ｅ ｙｍｐ ｉ ｌｂａ ｂ ｓｗｅ ｅ ｌ ａｎ ｒ ｌｇ ｌ ｍａ ｌ ｒ ｉ— ｒｅ ｏｌ ｍ ｈｒｎ ｇ ａ ｉ ｆｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｏｄ ａ ｍ ｏｏ ｒ
竹和 莉竹 比毛 竹材 的 密度 （ ． ６ ｃ ｌ。 小 ， ０ ７ ５ｇ・ ｒ～ ） 而越 南 巨竹 与毛 竹差异 不大 ； 竹材 干缩 性 来看 ， ｒ 从 车 筒竹 、 竹和越 南 巨竹 的 气干体 积干 缩率 分别 为 ７ ５ 、． 和 ６ ５ ， 比毛 竹 的相 应值 要 大 。３ 莉 ．％ ６９ ．％ 均
毛竹不同种源竹材物理力学性质初步研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｏ ｈ ｔ ｅ ｉ ｉ ｒ ｔ ｙ ｏｆｔ ｍｂｏ ｅ ｉｙ， ｏ ｐ ｅ ｓｖ ｔｅ ｔ ｓ ｒ ｃ ｒ ｕｇ ｈｅ ｐｒ ｌ ｎａ ｙ ｓ ｕｄ ｈｅ ｂａ ｍ ｏ ｄ ｎｓｔ ｃ ｍ ｒ ｓ ｉｅ ｓ ｒ ｎｇ ｈ ｐ ｒ ｌｅ ｔ ｇ ａ ｎ，ｓ ａ ｓ ｒ ｎ ｈ ａ ａ ｌ ｌ ｏ ｒ ｉ ａ ａｌｌ ｏ ｒ ｉ ｈｅ ｒ ｔ ｅ ｇｔ ｐ ｒ ｌｅ ｔ ｇ ａ ｎ，ｔ ｎｓｌ ｓ ｒ ｎｇ ｈ ａ ａ ｌｌ ｏ ｅ ｉｅ ｔｅ ｔ ｐ ｒ ｌｅ ｔ ｇｒ ｉ ａ ｎ， ｔ ｎｇ ｎｔａ ｂｅ ｉ ｓ ｒ ｎｇ ｈ，ｅ ａ ｔｃ ｍ ｏ ｕｌ ｓ ａ ｄ ｏ ｈ ｒ ａ ｅ ｉｌ ｎｄ ｎｇ ｔｅ ｔ ｌ ｓ ｉ ｄ ｕ ｎ ｔ ｅ ｐｈ ｓ ｃ ｌ ａ ｍｅ ｈａ ｃ ｌ ｙ ｉａ ｎｄ ｃ ｎｉａ
摘
要
通 过对 来 自福 建 建 瓯试 验 地 １ 个 毛竹 种 源 竹 材 的密 度 、 纹 抗 压 强 度 、 纹 抗 剪 强 度 、 纹 抗 ６ 顺 顺 顺
拉 强度 和 弦 向抗 弯强 度 及 其 弹性 模 量 等 物 理 力 学 性 质 的 初 步 研 究 ， 果 表 明 ： 材 物 理 力 学 性 质 在 各 种 结 竹 源 之 间存 在 一定 的差 异 ， 中湖 南 株 洲 的 毛竹 竹 材 物 理 力 学 性 质 比 于其 它 种 源 的 毛 竹 要 好 ， 其 而安 徽 霍 山 的 毛竹 竹 材 的 物 理 力 学 性 质 较 差 ， 量 的 各 指 标 中有 基 本 密 度 、 剪 强 度 、 拉 强 度 三 项 指 标 都 达 到 最 测 抗 抗 低 ； 材 密 度 的 大 小 、 拉 强 度 的高 低 随种 源 纬度 的 降 低 而 呈 降 低 的 趋 势 ， 竹 材 的抗 剪 强 度 呈 与 之 相 竹 抗 而
春季钩梢与秋季钩梢对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响
春季钩梢与秋季钩梢对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响*董敦义1李子川2桂仁意2*宋瑞生2 俞友明2（1.安吉县林业局安吉313300 2.浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室培育基地临安311300）摘要：试验选取春季钩梢、秋季钩梢和未钩梢3种毛竹试材，比较分析春季钩梢这种抚育方式对竹材基部、中部和顶部的物理力学性质的影响。
结果表明：钩梢季节（春季和秋季）和钩梢与否对竹材的基本密度、气干密度、绝干密度、弦向干缩率、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、弦向抗弯强度和弦向抗弯弹性模量均没有显著影响；而钩梢与否只对竹材基部的纵向干缩率、体积干缩率和顺纹抗拉强度有局部显著影响，钩梢季节仅对竹材基部的径向干缩率有显著影响，但这些差异与同种抚育方式下竹材不同部位之间的差异相比要弱的多。
说明春季钩梢这种抚育措施也和秋季钩梢一样不会降低毛竹的物理使用价值。
因此，春季钩梢在生产上也可以作为应对雨雪冰冻等灾害天气的抚育措施加以推广。
关键词：毛竹；钩梢；春季；竹材；物理力学性质Influence of Obtruncation in Spring and Autumn on Physical and Mechanical Properties of 5 YearsOld Culms of Phyllostachys pubescensDong Dunyi1Li Zhichuan2Gui Renyi2Song Ruisheng2Yu Youming2(1. Forestry Bureau of Anji Anji 313300 2. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of SubtropicalSivilculture, Zhejiang A & F University Lin‘an 311300)ABSTRACT：The aim of this paper is to study the influence of 5 years old culms of Phyllostachys pubescens obtruncated in springtime on physical and mechanical properties of three parts( bottom, middle and top), and two kinds of treatment, i.e. culms obtruncated in spring and autumn, and control, were selected for this investigation. Results showed that there was no significant difference of basic density, air-dry density, over dry density, compressive strength parallel to grain, shear strength parallel to grain, tangential bending strength and elastic modulus of bending strength between treatments and the control. There were some significant difference of longitudinal shrinkage, volume shrinkage and tensile strength parallel to grain between culms obtruncated in spring and autumn, and the control, and significant different of radial shrinkage between culms obtruncated in spring and obtruncated in autumn while great difference exists in different parts of the three types of culms. The results indicated that the management of obtruncation in spring had no significant impact on the physical andmechanical properties of culms, which means the technique can be extended to protect bamboo forest from snow disaster.Keywords: Phyllostachys pubescens, obtruncation，spring, culm, physical and mechanical properties毛竹(Phyllostachys pubescens) 秆形通直，材性优良，是国内竹类林地面积最大、生物量最多的优质材、笋两用散生竹种[1]。
毛竹圆竹基础力学性能
毛竹圆竹基础力学性能目录一、内容概述 (2)二、毛竹圆竹概述 (2)1. 毛竹的生物学特性 (3)2. 圆竹的几何特性 (4)三、毛竹圆竹力学性能的试验与研究 (6)1. 试验方法 (7)2. 试验设备与材料 (8)3. 试验过程及结果分析 (9)四、毛竹圆竹基础力学性能分析 (10)1. 弹性性能 (12)2. 抗压性能 (13)3. 抗弯性能 (14)4. 振动性能 (15)五、毛竹圆竹力学性能的数值模拟与分析 (16)1. 建立模型与假设条件 (17)2. 数值模拟方法 (18)3. 模拟结果与讨论 (19)六、毛竹圆竹在实际应用中的力学性能表现 (21)1. 建筑领域的应用 (22)2. 桥梁领域的应用 (23)3. 其他领域的应用表现 (24)七、毛竹圆竹力学性能的优化与提升途径 (25)1. 优化种植与管理措施 (26)2. 新型材料的复合应用 (27)3. 结构与设计优化 (28)八、结论与展望 (29)1. 研究结论 (31)2. 研究展望与建议 (32)一、内容概述本篇文档深入探讨了毛竹与圆竹的基础力学性能，详尽地分析了这两种竹材在受到外力作用时表现出的力学特性。
通过一系列实验和研究，本文揭示了它们在强度、刚度、韧性以及疲劳性能等关键力学指标上的优异表现，为竹材的合理利用和工程设计提供了重要的理论支撑和实践指导。
本文还详细讨论了影响竹材力学性能的因素，如竹材的纹理、密度、纤维方向等，并探讨了提高竹材力学性能的方法和途径。
这些研究成果不仅对于推动竹材产业的可持续发展具有重要意义，也为相关领域的研究者提供了有益的参考和借鉴。
二、毛竹圆竹概述毛竹(学名：Phyllostachys edulis)和圆竹(学名：Dendrobium nobile)是两种常见的竹子，它们在生物学上属于禾本科植物，但在实际应用中具有不同的特点。
毛竹主要分布在亚洲地区，特别是中国南部和东南亚地区，是一种快速生长、高产的竹子。
重组竹抗压和抗弯力学性能试验研究_张秀华
1
概
述
竹材是历史悠久的满足可持续发展的天然建筑 材料。我国是盛产竹子的国家， 竹资源拥有量和品 质均居世界首位
［1 ］
尚未被作为结构构件广泛 装饰和建筑模板的范围， 应用， 而竹材的力学性能非常适合于开发成建筑结 构中的梁、 板、 柱、 墙等结构构件。 肖岩等开发出了 ［4 － 6 ］ 。 节能环保型的胶合竹结构体系 重组竹是一种复合环保竹纤维仿木材料 。 基 材采用在我国有广泛分布的 4 年以上毛竹 、 楠竹 、 丛生竹等竹子材料 。 重组竹是经具有国家发明专
图3 Fig． 3 抗压试验加载
［9 ］
Loading of compressive test
2. 1. 3
受压试验破坏现象
重组竹受压试验现象大致表现如下 ： 加载初期， 重组竹试件处于弹性阶段， 变形随竖向荷载呈线性 增加， 试件外观无明显变形； 随着加荷的持续， 重组 竹试件开始有断续的轻响产生， 试件出现轻微褶皱、 凸起变形， 在结疤处可观察到微裂缝； 在加载后期， 重组竹试件处于弹塑性变形阶段 ， 裂缝不断扩大， 并 直至最终塑性破坏。 重组竹试件 伴有持续的响声， 的破坏模式如图 4 所示。 2. 1. 4 抗压强度 σ w 与弹性模量 E w P max bt 根据试验标准， 计算抗压强度值 σ w ： σw = （ 1）
。 竹材是我国重要的速生、 可再
生的森林资源之一， 具有生长快、 成熟早、 产量高、 一 次造林可以持续利用的特点， 并且竹子被认为是自 然界中效能最高的材料。 与木材相比， 竹材人造板 具有强度高、 韧性好、 刚度大、 变形小、 尺寸稳定、 性 能优良等特点
［2 ］
。竹材具有相当好的力学性能， 竹
首先将试件编号并进行参数测量， 用电子式游标卡 精确至 0. 1 mm， 并 尺测量重组竹试件的截面尺寸， 进行参数录入。标明引伸计两个刀口的安装位置。 2 ） 将重组竹试件绑上引伸计并安装在加载设备的 上、 下两支座间， 调整受压试件的位置， 对试件在试 验前进行预压以消除试件本身或加载装置的缺陷对 试验的影响， 以保证试件为轴心受压状态。3 ） 试验 断裂百分比达 所采 用 的 加 载 速 度 为 2 mm / min， ［11 ］ 40% 时结束， 在 3. 0 min 内使试样破坏 。 将试验 数据保存 并 记 录 破 坏 荷 载， 荷载允许测得精度为 1 N。抗压强度试验如图 3 所示。
苦绿竹、椽竹、橄榄竹物理力学性质及其在人造板上的应用分析
苦绿竹、椽竹、橄榄竹物理力学性质及其在人造板上的应用分析刘晓辉;郑蓉;廖鹏辉;陈东宏【摘要】测定了2-5年生的苦绿竹、椽竹、橄榄竹的物理力学性质和外形尺寸,并对其在人造板上的应用进行初步分析.结果表明:与毛竹相比,绿竹各项力学性能均较低;椽竹和橄榄竹,除了顺纹抗剪偏小外,横纹抗弯、顺纹抗拉、顺纹抗压与毛竹相当.3个竹种的壁厚和直径较小,均不适合于普通竹地板生产;苦绿竹和橄榄竹可用于制作竹材胶合板、碎料板等人造板产品,椽竹因直径较小,只适用于碎料板生产.【期刊名称】《世界竹藤通讯》【年(卷),期】2010(008)003【总页数】5页(P6-10)【关键词】苦绿竹;椽竹;橄榄竹;物理力学性质;人造板【作者】刘晓辉;郑蓉;廖鹏辉;陈东宏【作者单位】福建省林业科学研究院,福建福州,350012;福建省林业科学研究院,福建福州,350012;福建省林业科学研究院,福建福州,350012;福建省南靖县新富林场,福建南靖,363600【正文语种】中文【中图分类】TS6中国长期以来竹资源利用模式单一，竹材人造板的加工几乎完全依赖毛竹，随着竹产业的迅速发展，竹原料供需矛盾日趋突出，毛竹原料价格不断上涨，导致生产成本的提高，极大削弱了竹材加工业的竞争优势。
而椽竹、橄榄竹、苦绿竹属福建乡土竹种，在福建省分布广泛，具有生态适应性强，生长快，产量高等特点，如果能将其作为竹材人造板加工业的原料来源，可有效缓解我国竹产业的原料供需矛盾。
为此本文对上述竹种的力学性能和几何尺寸进行初步研究分析，以为新的竹材资源的开发和利用提供理论基础。
(1)竹材材料a) 苦绿竹（Dendrocalamopsis basihirsuta(McClure) Keng f. et W. T. Lin），绿竹属，样品采自福建省福州市南屿镇。
地处北纬2 5°4 7′～2 6°3 7′，东经118°51′～119°25′，亚热带季风性湿润气候，年均气温15.9～19.9 ℃，年降水量1258.9～2152.6 mm，土壤为红壤土。
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竹材物理力学性质试验方法
秋千竹材物理力学性质试验方法如下
秋千竹是材料，在一定条件下的物理力学性质是很重要的。
要了
解秋千竹材料的物理力学性质，下面介绍几种秋千竹物理力学性质试
验方法：
第一种是热膨胀比测定。
通过测试产品在不同温度下的膨胀性表现，来获得热膨胀比，以及各个温度段的膨胀系数（如每度温度增加，材料长度增加10毫米，则扩大系数为10x10-6℃-1），从而获得材料
的热膨胀性质。
第二种是耐热测试。
可以采用温度长时间恒定的测量方法，在恒
定的温度下长时间测量产品的物理力学性能，以评估其耐热性。
第三种是抗拉强度试验。
在室温下，可以用机械试验来检测秋千
竹的抗拉强度。
从这个试验的结果可以获知每千克材料的抗拉力，从
而了解秋千竹材料的抗拉性能。
第四种是耐压试验。
可以用水力机械实验，测试静强，空气压力，使用按压方式，来评估材料的耐压性能。
以上就是秋千竹物理力学性质试验方法介绍，根据实际需求，可
以采用不同的试验方法，来了解秋千竹材料的物理力学性质，从而更
好的应用秋千竹材料。