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[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平
研究毛竹材的张开型和剪切型层间断裂行为,并基于能量原理,采用双悬臂梁和端部切口弯曲梁试样测定毛竹材顺纹向的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性GIC、GIIC。结果表明:1)竹材的Ⅰ和Ⅱ型层间断裂韧性是材料固有的属性,分别表征毛竹材对张开型裂纹和剪切型裂纹在层间扩展时的阻力;2)Ⅰ型裂纹扩展区域沿轴向具有光滑纤维与平整基体的特征,表明竹材基本组织强度及竹纤维/基本组织体间的界面强度较弱;Ⅱ型裂纹扩展区域中基体出现锯齿形受剪切变形的特征,表明基本组织在断裂前产生较大的剪切变形,故后者较前者吸收更多的断裂能(GIIC≈2.5GIC)。从整个断口形貌来看,裂纹扩展是在基体间和纤维/基体的界面上进行的,均为自相似断...
关键词：
竹材 层间断裂韧性 Ⅰ型 Ⅱ型
[期刊] 林业科学
[作者]
郝秀 李澍农 杨春梅 于文吉 余养伦
【目的】聚焦于探究在顺纹劈裂和径向横纹压缩力作用下，竹材在宏观、组织和细胞等不同尺度的断裂行为，剖析外力作用下竹材断裂机制，为竹材新技术、新工艺、新产品开发提供理论依据。【方法】以毛竹为研究对象，对其施加顺纹劈裂和径向横纹压缩作用，利用场发射扫描电镜（FESEM）观察维管束和薄壁组织及导管、纤维和薄壁细胞的断裂形貌和裂纹扩展路径，结合纳米压痕仪测量纤维和薄壁细胞2类细胞壁的微观力学强度，探索竹材在顺纹劈裂和径向横纹压缩力作用下不同尺度的断裂破坏特性。【结果】竹材在顺纹劈裂力作用下，宏观上呈顺纹劈裂破坏，断裂形貌近乎为直线状；在组织层面，维管束中纤维鞘和薄壁组织中沿顺纹劈裂，维管束中导管的细胞壁呈撕裂破坏；在细胞层面，纤维和大部分薄壁细胞为胞间层破坏，有少数薄壁短细胞的细胞壁被撕裂。竹材在径向横纹压缩力作用下，宏观上呈压溃破坏，在顺纹方向形成系列不规则裂纹；在组织层面，维管束受到明显破坏，纤维鞘中形成不规则裂纹，导管的细胞壁被压溃，薄壁组织呈阶梯状分层破坏；在细胞层面，与顺纹劈裂力的破坏模式相似，纤维和大部分薄壁细胞为胞间层破坏，不同的是裂纹在部分薄壁短细胞交接处会发生转向，沿径向拓展，使断裂面呈阶梯状。竹材纳米压痕结果显示，纤维和薄壁细胞的胞间层硬度和模量均低于次生细胞壁。【结论】竹材在不同外力作用下，其宏观破坏行为不同，在顺纹劈裂力作用下呈顺纹劈裂破坏，在径向横纹压缩力作用下呈压溃破坏，但在细胞层面上无论纤维还是薄壁细胞均以胞间层撕裂破坏为主。裂纹在纤维和薄壁细胞的胞间层产生，并沿细胞之间界面的横向和纵向传播，使纤维细胞剥离，纤维鞘被分散成纤维束，薄壁细胞脱落，薄壁组织分层。结合纤维和薄壁细胞壁层的微观力学性能发现，由于胞间层的微观力学强度小于细胞壁层，顺纹劈裂和径向横纹压缩作用引起的胞间层断裂及裂纹在横向和纵向的传播，能实现纤维和薄壁细胞分离。
关键词：
竹材 断裂 劈裂力 压缩力 微力学性能
[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平 王福利 吴贻军
采用细观力学方法,研究竹材在横弯断裂过程中竹纤维束断裂与抽拔这2种损伤模式的能量吸收机制,并实际计算基本组织开裂、界面分层、竹纤维束断裂、竹纤维束抽拔4种损伤模式对竹材横弯断裂的增韧贡献。结果表明:1)不同组织结构在损伤演化过程中会因不同的能耗而具有不同的增韧贡献,在这4种导致竹材优良强韧性能的主要结构因素中,单位面积上纤维束拔出功对断裂功的贡献最大,其次是纤维束断裂;2)通过对试件的断裂总耗能试验值与按照4种损伤模型计算的耗能理论值进行比较,二者结果很接近,表明本文对竹材不同组织结构在横弯失效中的力学功能所建立的物理模型基本正确。
[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平 吴贻军 王福利
采用细观力学方法,研究竹材在横弯断裂过程中基本组织开裂与界面脱粘这2种损伤模式的能量吸收机制,并推导得到这2种损伤模式的应变能释放率解析式,以及含垂直纹理裂纹的竹试件在承受弯曲载荷时、横向裂纹转向顺纹启裂时的临界应变能释放率解析式。
[期刊] 林业科学研究
[作者]
苏文会 顾小平 马灵飞 官凤英 岳晋军
在浙江平阳竹木混交林内,采集3年生大木竹,按标准制成试样,测定了丛生竹种大木竹竹材的各力学性质,并以材性优良的毛竹为参比进行分析。结果发现:大木竹竹材的顺纹抗拉、顺纹抗压、抗劈力和抗弯弹性模量分别为238.0 MPa、75.1 MPa、45.6 N.mm-1和12.6 GPa,比毛竹材的相应值大或与毛竹相当,顺纹抗剪和抗弯强度较毛竹材为低。大木竹的各力学性质间有较密切的相关性,顺拉强度∶顺压强度∶顺剪强度∶抗劈力∶抗弯强度为3.2∶1.0∶0.2∶0.6∶1.8。该研究结果可为大木竹的合理开发利用提供理论依据。
关键词：
大木竹 力学性质 抗压 竹板材
[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平 任海青 江泽慧
以杉木为研究对象从宏观和微观上研究了木材横纹断裂的性质 ,并阐述了木材的强韧机理。研究表明 :木材横纹I型裂纹扩展方式是先沿纤维开裂伸展 ,然后再沿横截面作韧性断裂 ,其扩展过程分线性、稳定和非稳定 3个阶段 ;顺纹启裂时的断裂韧性与试件尺寸无关 ,是木材的固有属性 ;木材因其多胞及纤维增强的多层胞壁结构 ,而具有很强的抗横断韧性 ,不会因裂尖应力奇异性而发生低工作应力破坏 ,故在对含横纹理裂纹的木构件作安全设计时 ,建议仍采用传统的强度准则 ,考虑净尺寸上的常规强度即可。
[期刊] 浙江林学院学报
[作者]
杨云芳 俞友明 方伟 陈建寅 张爱良 韩春
红壳竹竹材的物理力学性质与竹龄、竹秆部位均有密切关系。竹材的干缩性随竹龄增加逐渐减少；基本密度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度和抗弯强度都随竹龄增加而增加，至５～６年生达最大值。竹秆由下至上，含水率、干缩性逐渐减少；维管束密度和基本密度逐渐增加，力学强度亦相应提高。竹材横断面的不同分割对抗压强度有极显著的影响。
关键词：
红壳竹 竹材 物理性能 力学性质
[期刊] 浙江林学院学报
[作者]
於琼花 俞友明 金永明 马灵飞
为了有效利用雷竹Phyllostachyspraecox竹材,对雷竹人工林竹材物理力学性质进行了研究。结果表明:竹龄对雷竹的物理力学性质有显著的影响;竹材的径向、弦向和体积干缩系数随竹龄增加逐渐减小;基本密度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度和抗弯强度都随竹龄增加而增加,至4～5年生较稳定。竹秆由下至上,含水率和干缩性逐渐减小;维管束密度和基本密度逐渐增加,力学强度亦相应提高。根据材性来看,竹材的采伐利用以4～5年生为合适。表3参10
关键词：
木材学 竹材 人工林 物理性质 力学性质
[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平 江泽慧 任海青
阐述了线弹性断裂力学 (LEFM)的原理以及在木材中应用的特殊性 ,并以杉木和马尾松为研究对象 ,采用不同试样和方法测定了木材的顺纹断裂韧性KTLIC 。研究表明 ,建立在各向同性体之上的LEFM原理对木材裂纹顺纹扩张是适用的 ,其顺纹断裂韧性是木材的固有属性
[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平 陈品 查朝生 季坤
以2种针叶材、2种阔叶材为试材,研究无缺陷试件和含横纹裂纹试件在弯曲破坏过程中材料内部微结构演化的声发射特性,并利用声发射特征参数对几种损伤类型进行辨识。结果表明:1)无缺陷试件在加载初期声发射事件发展较为缓慢,且出现的主要是一些低振幅的AE信号,而大量高振幅AE信号出现在峰值载荷附近及韧性断裂阶段;2)利用声发射监测含裂纹试件在三点弯曲载荷下的损伤并断裂全过程,可以明显地识别裂纹尖端启裂和扩展的不同阶段;3)声发射信号的特征与损伤模式有关,胞壁断裂对应的AE特征为高幅值、高能量及长持续时间,而胞壁界面损伤与层裂损伤和细胞屈服与压溃损伤对应的AE特征为低幅度、低能量及短持续时间;4)木试件在低...
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
张涵政 李智 刘问 刘承阳
【目的】探究平行竹集成材在复杂应力下沿纤维方向的断裂性能，并根据断裂表面分析其破坏机理，最终得到平行竹集成材复合型断裂基本规律，并建立相应模型。【方法】运用Arcan试验测试平行竹集成材蝶形试件沿纤维方向的断裂性能，通过调整加载角度进行不同形式的测试，从而实现试验材料Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂。设置不同缝高比研究断裂韧带长度对试件断裂韧性的影响；通过测得的极值荷载计算其断裂韧度，并结合断面分析平行竹集成材不同形式断裂的破坏机理；最终通过复合型断裂包络图分析得到平行竹集成材沿纤维方向复合型断裂准则。【结果】平行竹集成材沿纤维方向Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂均为脆性断裂，且试件在复杂应力条件下更容易发生破坏。Ⅰ型断裂试验裂缝主要在薄壁细胞层间和纤维/薄壁细胞组织界面沿纤维方向发展。在Ⅱ型断裂试验中，裂缝在纤维/薄壁细胞组织界面发展的同时，也在薄壁细胞组织多层间开展，形成薄壁细胞组织桥连机制，提高试件承载力。Ⅰ型和Ⅱ型断裂试验中竹纤维均基本不参与断裂。随着试件缝高比改变，Ⅰ型断裂韧度变化幅度较小，Ⅱ型断裂韧度在试件缝高比0.5时有最大值。平行竹集成材复合型断裂试验中，随着加载角度的增加，Ⅰ型断裂韧度分量逐渐减小，Ⅱ型断裂韧度分量逐渐增加；当试件缝高比0.3时，等效断裂韧度随加载角度的增加而增加，缝高比0.6时随加载角度的增加而减小。【结论】平行竹集成材试件缝高比为0.3时,复合型断裂准则曲线能够较好描述其复合型断裂特征。
[期刊] 林业科学
[作者]
任海青 江泽慧
使用扫描电子显微镜观察杉木、马尾松横纹拉应力、顺纹拉应力及冲击载荷作用下的破坏表面 ,结果表明不同的加载方式、加载速度对木材的断裂过程有影响 ;木材的微观构造影响其断裂过程。
关键词：
杉木 马尾松 扫描电子显微镜 断裂过程
[期刊] 林业科学
[作者]
邵卓平 任海青 江泽慧
本文应用柔度法测定了杉木的断裂韧性。研究表明 :( 1 )柔度法是一种有效可行的实验标定方法 ;选用指数函数C =αexp( βa w)能够很好地表达柔度与裂纹长度间的关系。 ( 2 )本次实验测定的杉木断裂韧性KTLIC =4 82 5MPa·mm1 2 。
关键词：
木材断裂力学 断裂韧性 实验标定 柔度法
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
田振农 张乐文
通过理论与试验分析相结合的方法,建立木材多尺度力学分析模型,分析木材的宏观力学性质和断裂机理。在假设木材是含裂纹的各向异性材料基础上,建立了断裂力学分析模型,并用该模型研究了含边缘Ⅰ型裂纹的有限大板的应力场和应力强度因子;进一步分析了木板紧凑拉伸时裂纹的几何特征对应力强度因子的影响,建立了应力强度因子的无量纲关系式;结合模型试验,得到木材的横纹断裂韧性和顺纹断裂韧性参数。结果表明:裂纹的存在对其附近应力场的影响很大,在张应力情况下容易引起木材的断裂,而且顺纹断裂韧性与横纹断裂韧性的差别很大。
关键词：
断裂韧性 应力强度因子 正交各向异性
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