竹材顺纹抗拉强度和弹性模量敏感性分析
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。
重组竹材料强度参数实验方案
重组竹纵向拉伸实验方案1. 实验目的对重组竹进行纵向抗拉实验，在比例极限内按应力与应变关系，肯定重组竹纵向抗拉弹性模量；按最大加载力与面积的关系，肯定重组竹纵向抗拉极限强度。
2. 实验设备本次实验所用设备有：SANS全能力学实验机、TDS-530静态数据收集系统。
3. 实验概述试件制作参考《建筑用竹材物理实验方式》JG/T 199-2021 关于竹材抗拉试件的相关要求，本次实验采用的竹材抗拉试件尺寸如图所示，夹头结尾到有效区间始端弧度依照标准半径R=280mm，有效区域长度L0=70 mm，宽度W0=8 mm，厚度T0=8 mm；试件总长度L=250 mm。
试件编号依次为：1-1,1-2……1-30。
，整个试样上各尺寸的相对误差，试样长度、宽度和厚度的允许误差为0.5mm不该大于0.1mm。
图纵向抗拉试件尺寸实验步骤（1）测量三次抗拉试件有效区域（中间段长度70 mm）宽度和厚度，取平均值并记录；标记抗拉试件有效区间中线，用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。
（2）在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。
实验采用的应变片栅格大小为20 mm×3 mm，灵敏系数为。
（3）将抗拉试件安装到实验机上，并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据收集系统连接，测定收集仪电压与荷载转换系数K为。
（4）随机选取6个试件测定材料的弹性区间，最终肯定的弹性循环区间为1000~2000N；加载速度为50 N/s。
由程序控制的加载制度如下：1.力控制50 N/s，目标力控制1000 N（下限荷载值）；2.力控制50 N/s，目标力控制2000 N（上限荷载值）；3.力控制50 N/s，目标力控制800 N（倍下限荷载值）；4.力控制50 N/s，目标位移控制100 mm。
其中，步骤1~3循环6次。
（5）计算。
计算弹性模量和极限拉应力。
在六次循环加载中，取后四次平均值别离按式3-1计算弹性模量。
按式3-2计算抗拉强度。
竹材物理力学性能研究
随含水率的增高而降低，但当竹材处于绝干条件下时，因质地变脆强度反 而降低，而顺纹抗拉，纵劈和弦向静曲强度和含水率关系不明显。
四、苦竹(Pleioblastus amarus)
苦竹为多用途复轴混生型竹种,广布于江苏、安徽、江西和福建等丘陵山地。 其竿不仅为良好的造纸原料,还可制作箫、笙、管、笛等民间乐器,文房四宝 中的笔管、风铃等各种竹制工艺品,各种果蔬花卉棚架,标枪、旗杆等各种体 育运动器材。
经方差分析和均值多重比较,竿龄对苦竹竹材的物理力学性质影响显著。但苦 竹竹材的各项物理力学性质在2年以后,差异在不断减少,3年以后的各项性质差 异均不显著，物理力学性质在3年以后趋于稳定,并稳定在较高水平；在竹林的 培育中，苦竹竹材作为结构用材的采伐竹龄应在3～5年。竹竿部位与苦竹材物 理力学性质有关。竹竿自基部至顶部,体积全干缩率和含水率逐渐减少,基本密 度和力学强度逐渐提高。
管束的部分。竹肉是界于竹皮和髓环组织间的部分，横切面上有维管束分
布。维管束是在竹材横切面上，见到的许多呈深色的菱形斑点，在纵切面 上它呈顺纹股状组织。维管束在竹壁内的分布一般自外而内由密变疏。竹
肉内侧与竹腔相邻的部分为髓环，其上也无维管束分布。在生产习惯上，
常将竹壁厚度的不同组织由外至内称之为竹青、竹肉和竹黄三个部分。
五、雷竹(Phyllostachys praecox）
雷竹为禾本科竹亚科刚竹属的优良笋用竹种，出笋早，笋味鲜美。主要分布 于浙江，江苏与安徽南部也有少量分布。
竹材的物理力学性质是其重要的材质指标，而搞清雷竹材质及其变异规律是 其合理高效利用的基础。目前，国内关于雷竹高产栽培技术的研究很多，但 对雷竹材质变异的研究尚未见报道。对雷竹的物理力学性质进行了测试与分 析，为雷竹的有效合理利用提供科学依据。
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
竹子材料最新研究报告
竹子材料最新研究报告竹子是一种常见的植物，具有许多优良的特性，比如生长快、可再生、强度高等。
近年来，越来越多的研究对竹子材料进行了深入的探索和应用，下面将介绍一份最新的竹子材料研究报告。
最新研究报告对竹子材料的力学性能进行了详细的研究和分析。
研究结果表明，竹子的抗弯强度和抗压强度明显高于木材，且具有较好的韧性。
竹子的抗弯强度高达100-130 MPa，抗压强度达到60-100MPa。
这表明竹子材料在建筑、制造等领域有很大的潜力，特别是替代传统的木材材料。
此外，报告还研究了竹材料的耐久性和抗腐蚀性能。
研究发现，竹子具有较好的耐候性和耐腐蚀性，尤其在潮湿环境下表现优异。
竹子的抗霉菌性能也得到了肯定，这为竹子在室内装饰等领域的应用提供了保障。
此外，竹子材料还具有良好的隔热性能。
研究发现，竹子的导热系数远低于钢材和混凝土，约为0.1 W/(m·K)，因此可以有效地减少建筑物的热传导，降低室内能源消耗。
在环保方面，竹子材料被认为是一种理想的可再生资源，对环境影响较小。
相比于木材，竹子的生长周期更短，种植面积更小，且不需要大面积的森林砍伐。
竹子的生长过程中可以吸收更多的二氧化碳，并释放出更多的氧气，具有很好的生态效益。
总的来说，竹子材料在力学性能、耐久性、抗腐蚀性、隔热性能方面都具有优势，且具有良好的环保性。
因此，将竹子材料应用于建筑、制造等领域有很大的潜力和前景。
然而，需要注意的是，竹子材料的加工和处理等技术还有待进一步研究和改进，以提高其应用的广泛性和可靠性。
加强竹子材料的研究和开发，将有助于推动可持续发展和环保建筑的实现。
竹材物理力学性能研究
对竹材进行压缩处理，使其密度增 大，提高其抗压和抗弯强度。
竹材的防腐处理
化学防腐
使用防腐剂对竹材进行处理，以 防止其受潮、腐烂和虫蛀。
生物防腐
利用生物制剂对竹材进行处理， 使其具有抗菌、防虫性能。
真空或压力处理
将竹材置于真空或压力环境下进 行处理，以消除内部水分和气体，
提高防腐性能。
竹材的复合化处理
本研究对于促进竹材在建筑、桥梁等工程领域的应用，推动绿色建筑和可持续发展 具有重要意义。
02
CHAPTER
竹材的基本物理特性
密度与孔隙率
密度
竹材的密度通常在0.4-0.9g/cm³之 间，其密度取决于竹种和生长环境。 密度是影响竹材物理力学性能的重要 因素之一。
孔隙率
竹材内部具有发达的孔隙结构，孔隙 率较高，一般在20%-30%之间。这种 孔隙结构对竹材的力学性能和加工性 能有一定影响。
冲击韧性
• 冲击韧性：冲击韧性是指材料在受到冲击负荷时的抵抗破裂和 延性的能力。竹材的冲击韧性较好，能够吸收较大的冲击能量， 这与其纤维结构有关。
疲劳性能
• 疲劳性能：疲劳性能是指材料在反复承受一定负荷时抵抗 疲劳破坏的能力。竹材的疲劳性能较好，能够在一定循环 次数的负荷下保持较好的完整性。
04
弯曲性能与弹性模量
弯曲性能
竹材在承受弯曲负荷时的性能表现，通常以弯曲强度和弯曲模量来衡量。弯曲强 度是指竹材在弯曲状态下所能承受的最大负荷，弯曲模量则是指竹材在受到外力 作用时抵抗变形的能力。
弹性模量
弹性模量是衡量材料抵抗弹性变形能力的重要参数，通常以兆帕（MPa）表示。竹 材的弹性模量较高，能够达到20GPa左右，表明其具有较好的抗变形能力。
重组竹的力学性能试验
确定 了碳化和非碳化两种材料 的顺纹 抗拉、抗压强度及弹性模量 。试 验结果显示：重组竹顺纹拉伸应力一 应
变 呈 线 性 关 系 ；重 组 竹 顺 纹 压 缩 应 力一 应 变 关 系 则 经 历 了 弹性 阶段 、弹 塑 性 阶 段 与 塑 性 破 坏 阶 段 ；２种 材 料 的
抗拉强度均大 于抗 压强度：碳化 重组竹的拉伸 和压缩试验都 表现出材料 的脆 性性质，破坏无预兆 ；非碳化 试
竹
～一黼蛾一
图 ２ 碳 化 试 件 破 坏 Ｊ髟念
变／％ 图 ３ 碳 化 组 １ 抗 拉 试 验 应 力一 变 曲线
２．２ 非 碳 化 重 组 竹
非碳 化试 件 的拉伸 试验 破坏 形态 如 图 ４所示，图 ５为非 碳化 重组 竹顺纹 方 向抗拉 应 力一 应 变 曲线 。 由 图 ７中数据 结合 Ｘｔ￣（１）、（２）计 算 出非碳 化 重组竹 抗 拉弹性 模 量和抗 拉 强度，计 算 结果如 表 ２所示 。
２．３ 试 验 结 果 分析
３与 ５分别 为碳化 重组 竹抗 拉 试验 』、 一 ／、 变 Ｉｆｆｆ线 非碳 化 纠ｌ竹‘抗拉 试验 应 力一 ／、 变 曲线 ， 【｛Ｉ ３ ＿．ｊ ５ Ｉ—Ｊ 以看 ，币 纰竹 顺纹 拉仲 力 变 线性 变化 。
１付 找达 剑 由壹人 １＿ＩＩｆ＿ｆＩ、ｆ，什 随 ‘Ｊ：吆Ｉ 促 的竹 材 断裂 声 ，试件 沿 横 截 ｌ 发 生脆 性 断裂 两 种 纠．竹 批ｆＩＩ１ 验做 坏 模』 较 人 片 。 山 ２ 可知，碳 化后 的重 绀竹 断裂 ＿ 【『ｌ 较 为 Ｆ整，ｔ Ｉ． 直 于材 料顺纹 方 ， 儿 ｆ ｔ ｌ ‘条 线 ，这 址… ｊ 侄制 作 组竹 的过 ｆ 改 变 １厂竹材 【人ｊ 的吸 水 大人 降低 了材 料 的 变肜 能 ／『Ｊ所 敛 。从 图 ４ ｗ ， Ｉｔ－碳化 Ｉ，ｆ，Ｊ重组 竹 试件 断裂嘶 纹 向仃 ２个变 义 ｆＩ＇，ＪＩＯ， ￣斜 角 彤成 一个“Ｖ” 彤，断裂¨“参 不 齐 。埘 比 ２种 材料 的 力一 麻变 曲线 ｎ 以 ‘出， 跌化材 料的 极 限拉 Ｊ 及拉 变 较 碳化 材 料略 人，这 点 ｕ三 ｊ托 Ｉ试验 的破坏 彤念 合 。
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。
材料力学小论文竹竿性能分析
材料力学小论文竹竿性能分析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maxmax []zM 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：332W d π=实 (2)341132()()D W D Dπαα=-=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，1D Dα=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222144(=)D d D ππ- (4)可得 2222211((=))D D d D α-=- (5)2=1-d D α (6)把上式代入式(2)，得34232322(1-11-W 1321W 11-)32空实（）D D απαααπ+==> (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。
【完整版】竹子的力学特性
竹子的力学原理探究学生姓名：熊治恺学号：20085040088单位：物理电子工程学院专业：物理学指导老师：陈敬东职称：副教授摘要：竹子，一种为大家所熟知的植物。
向来是高洁坚韧的君子的象征，这些高贵的品质使得竹子深受大家的喜爱。
我国国画家李苦禅在他画的竹子画上题词道：“木出土时先有节，长到凌云还虚心”，“节”、“虚心”、四季常青这几种品质，怕是历代的方便，一般都是采用阶梯状的变截面杆（阶梯杆）来代替理论上的等强度杆。
纵观历史，很多著名建筑以及器具的设计都与竹子的结构有着密不可分的联系，这正是竹子特殊的力学结构所拥有的稳定、坚固的特点使得它有如此广泛的应用。
在仿生学的领域里，竹子的力学特性必将大显身手。
关键词：竹子；力学特性；等强度杆；应用Bamboo mechanics principle exploredAbstract:Bamboo, a kind of plant that are familiar to us. Usually is the symbol of the resilience of the noble gentleman, these noble qualities that make bamboo loved by all. LiGuChan in his pictures in traditional Chinese painting bamboo inscription on a way: "wood unearthed first, long to lingyun also knobbly", and "festival" modestly, poor quality, afraid the evergreen several generations, are generally the convenience of using the ladder shaped cross-section bar (ladder pole) instead of theory of such strength pole. Throughout history, many famous buildings and appliances design and bamboo structure has close contact, this is the mechanical structure bamboo special have stable, strong characteristics make it is so widely used. In the field of bionics, the mechanics properties of bamboo will be steepKey words: Bamboo; Mechanical characteristics; Etc strength rod; application前言作为“岁寒三友”之一的“竹”，历来为国人所赞誉。
大木竹竹材力学性质的研究
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 ２８０Ｍ ａ７． Ｍ ａ４ ． ｍ 和 １． Ｐ ， ３． Ｐ 、５ １ Ｐ 、５６Ｎ・ ｍ ２６Ｇ ａ比毛竹材 的相应 值大或与毛竹相 当， 抗剪和抗弯强度较毛 顺纹
ｗ ｏ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆ ｏ ｄ ｍｅ ｈ ｃ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｗ ｎ ｈ ｕ ｎ ｉ ｈ ｄ ｇ ｏ ｅａｉ ｉ ｔ ａ ｈ ｏ ｅ ．ａ ｄ ｔ ｅ Ｓ ： ｃ ８ ： ＭＯＲ Ｗ ｎ ｌ ｉ Ｂ． ｅ ｃ ｏ ｅ ｓ ａ ｏ ｄ ｒ ｌｔ ｔ ｗｉ ｅ ｃ ｔ ｒ ｎ ｔ ８ ： ｓ Ｃ： ｓ ｖｙ ｈ ｈ ｈ ａ ｓ ｅ ａ ． ： ． ０ ２ ０ ６ １ ８ ｈ ｉ ｔｄ ｏ ｌ ａ ｅ ｒ ｔ ａ ｏ ｎ ａｉｎ ｆｒ ｐ ｏ ｅ ｘ ｌ ｉ ｒ ｄ ｕ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｕ ｑ ｌ ｔ ３ ２ １ Ｏ： ． ： ． ： ． ．Ｔ ｓ ｓ ｙ ｃ ｕ ｄ ｌ ｙ ｔ ｏ ｅｉｌ ｆ ｕ ｄ ｔ ｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｐ ｏｔ ｅ ａ ｔ ｉ ｉ ｆ ｏ ｕ ｈ ｃ ｏ ｕ ｎ ｌａ ｏ
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竹材研究报告
竹材研究报告引言竹材作为一种可再生资源，在建筑、家具、文化艺术等领域得到广泛应用。
然而，对竹材的研究仍然相对不足。
本报告旨在对竹材进行综合性研究，探讨竹材的物理特性、化学组成以及其在不同领域的应用，为竹材的进一步推广和应用提供科学依据。
1. 竹材的物理特性竹材具有以下几个显著的物理特性：•轻巧且坚韧：竹材与木材相比更轻、更柔韧，但其强度却不逊色于常见木材。
这使得竹材在建筑、制作家具等领域有着独特的应用。
•吸湿性强：由于其纤维结构的特殊性，竹材对水分具有较强的吸湿性。
这使得竹材在潮湿环境下容易受到腐朽和发霉的影响。
•导热性能优良：竹材的导热性能较好，能够在冬季提供一定的保温效果，并且在夏季能够帮助散热，降低室内温度。
2. 竹材的化学组成竹材的化学组成影响着其结构和性能。
竹材中主要含有纤维素、半纤维素、木质素等成分。
•纤维素：竹材中的纤维素占据主要成分，其含量通常为40%~50%。
纤维素赋予竹材优异的坚硬性和强度。
•半纤维素：半纤维素是竹材中另一类重要的组成成分，占据总质量的10%~20%。
半纤维素对竹材的柔韧性有着重要影响。
•木质素：木质素是竹材中的次要成分，占据约20%的质量比例。
木质素的存在使得竹材具有抵抗腐朽和防腐的特性。
3. 竹材在建筑领域的应用竹材作为一种环境友好、可再生的建筑材料，逐渐受到重视。
在建筑领域，竹材的应用主要体现在以下几个方面：•结构支撑：竹材具有轻巧且坚韧的特性，特别适用于建筑结构支撑。
竹材结构可以提供良好的稳定性，并且可以承受一定的负荷。
•隔热保温：竹材的导热性能优良，可以作为隔热保温材料使用。
在冬季，竹材可以提供一定的保温效果；在夏季，竹材可以帮助散热，降低室内温度。
•装饰材料：由于竹材具有天然的纹理和色彩，可以作为装饰材料使用。
竹材的美观性和环保性使得其在室内装饰中得到广泛应用。
4. 竹材在家具制作中的应用竹材在家具制作中有着独特的应用优势：•环保性：竹材是一种可再生的材料，与传统的木材相比，竹材的生产过程对环境的影响更小。
重组竹抗拉力学性能分析
林业工程学报，２０２３，８（１）：４６－５２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２２０５０３０收稿日期：２０２２－０５－２４㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２２－１０－０７基金项目：福建省科技厅国家科技项目备案类（２０２２Ｌ３００６）；福建省科技厅自然科学基金面上项目（２０２０Ｊ０１５７９）；福建省林业科技项目（闽林科（２０２０）２９号）㊂作者简介：盛叶，女，副教授，研究方向为绿色建筑和组合结构㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｚｒｓｅ＠１６３．ｃｏｍ重组竹抗拉力学性能分析盛叶，黄庚浪，叶小凡，杜瑞（福建农林大学交通与土木工程学院，福州３５０００２）摘㊀要：重组竹是一种新型竹基复合材料，其力学性能优于落叶松等木材，易加工成梁㊁柱等结构构件㊂为评价重组竹在静态加载下的顺纹㊁横纹抗拉力学性能，对４０个顺纹抗拉试件和４０个横纹抗拉试件进行了单轴拉伸力学性能试验，研究了重组竹材料抗拉破坏形态㊁应力⁃应变关系曲线㊁弹性模量及抗拉强度的平均值，采用威布尔分布㊁正态分布和对数正态分布模型分别对试验结果进行了分布拟合分析，并进一步采用参数法和非参数法分别提取了重组竹抗拉强度的标准值㊂结果表明：重组竹顺纹抗拉破坏缘于纤维束断裂失效，重组竹横纹抗拉破坏缘于纤维束间胶体失效，呈脆性断裂破坏形态；重组竹顺纹抗拉应力⁃应变曲线呈线性关系，重组竹横纹抗拉应力⁃应变曲线表现出典型的线性与非线性２个阶段；重组竹顺纹抗拉弹性模量㊁抗拉极限强度平均值分别为９５２９．８１和９７．８８ＭＰａ，横纹抗拉弹性模量㊁抗拉极限强度平均值分别为１８６４．２９和５．２１ＭＰａ；对数正态分布拟合重组竹顺纹抗拉弹性模量㊁顺纹抗拉极限强度及横纹抗拉弹性模量的概率分布优度最好，正态分布拟合重组竹横纹抗拉极限强度的概率分布优度最好；重组竹顺纹抗拉强度标准值取６７．５９ＭＰａ（对数正态分布拟合下７５％置信度ＰＴＬ），横纹抗拉强度标准值取３．７３ＭＰａ（正态分布拟合下７５％置信度ＰＴＬ）；重组竹顺纹抗拉强度标准值约为横纹抗拉强度标准值的１８倍，工程中应尽量避免横纹抗拉㊂关键词：重组竹；抗拉；应力⁃应变关系；标准值中图分类号：ＴＵ５３１．３㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０１－００４６－０７ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓＳＨＥＮＧＹｅ，ＨＵＡＮＧＧｅｎｇｌａｎｇ，ＹＥＸｉａｏｆａｎ，ＤＵＲｕｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＦｕｊｉａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｉｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｂａｍｂｏｏ⁃ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ．Ｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｗｏｏｄｓｕｃｈａｓｌａｒｃｈ，ａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｂｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｉｎｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｂｅａｍｓａｎｄｃｏｌ⁃ｕｍｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒａｌｏｎｇａｎｄａｃｒｏｓｓｔｈｅｇｒａｉｎｕｎｄｅｒｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｔｅｎｓｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ４０ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅａｎｄ４０ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅＳＡＮＳｕｎｉｖｅｒｓａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ，ｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓ，ａｖｅｒａｇｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｅｎｓｉｌｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｎｏｒｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｌｏｇｎｏｒｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｓｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｅｎｓｉｌｅｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌｏｒｅｄｂｙｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｅｔｈｏｄａｎｄｎｏｎ⁃ｐａｒａｍｅｔ⁃ｒｉｃｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｏｆｔｈｅｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｗａｓｄｕｅｔｏｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｂｕｎｄｌｅｓ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｏｆｔｈｅｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｗａｓｄｕｅｔｏｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｃｏｌｌｏｉｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｉｂｅｒｂｕｎｄｌｅｓ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｓｈｏｗｅｄａｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｓｈｏｗｅｄｔｗｏｔｙｐｉｃａｌｌｉｎｅａｒａｎｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｇｅｓ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉ⁃ｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｗｅｒｅ９５２９．８１ａｎｄ９７．８８ＭＰａ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｗｅｒｅ１８６４．２９ａｎｄ５．２１ＭＰａ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｌｏｇｎｏｒｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｔｔｉｎｇｏｆｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｗａｓｔｈｅｂｅｓｔ．Ｔｈｅｎｏｒｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｔｔｉｎｇｏｆｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｗａｓｔｈｅｂｅｓｔ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｎｇｉ⁃ｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｗａｓ６７．５９ＭＰａ（７５％ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｅｖｅｌＰＴＬｕｎｄｅｒｌｏｇｎｏｒｍａｌｔｅｎｓｉｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｔｔｉｎｇ），ａｎｄｔｈｅｃｈａ⁃ｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｗａｓ３．７３ＭＰａ（７５％ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｅｖｅｌＰＴＬｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｄｉｓｔｒｉｂｕ⁃㊀第１期盛叶，等：重组竹抗拉力学性能分析ｔｉｏｎｆｉｔｔｉｎｇ）．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｗａｓａｂｏｕｔ１８ｔｉｍｅｓｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅ，ａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅａｖｏｉｄｅｄｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃ⁃ｔｉｃｅａｓｆａｒａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ；ｔｅｎｓｉｌｅ；ｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｓ㊀㊀随着中国天然林的全面禁伐，木材资源日渐匮乏，而中国竹类资源相对丰富，成材周期远小于木材，以重组竹为代表的新型竹质工程材代替木材日益受到人们青睐，并已成功应用于建筑结构中，成为重要的绿色建筑材料［１－３］㊂重组竹具有良好的抗拉力学性能，自重小，弹塑性好，强重比高于木材和混凝土，易加工成梁㊁柱等结构构件［４－６］㊂作为梁构件时，重组竹下侧纤维纵向抗拉㊂作为梁柱节点时，销连接重组竹节点的承载能力会受到重组竹横纹抗拉强度的制约［７］，成为结构中受力薄弱的部位㊂因此，重组竹纵㊁横向抗拉性能的研究对于其应用推广具有重要意义㊂Ｌｉ等［８］㊁Ｈｕａｎｇ等［９］和Ｗｕ等［１０］分别研究了重组竹顺纹㊁横纹抗拉破坏形态及应力⁃应变关系曲线；Ｈｕａｎｇ等［９］和Ｗｕ等［１０］分别采用二次函数一体化模型㊁一次函数一体化模型对重组竹横纹抗拉应力⁃应变曲线进行拟合；Ｌｉｕ等［１１］㊁张俊珍等［１２］㊁盛宝璐等［１３］和魏洋等［１４］研究了重组竹顺纹抗拉破坏形态及应力⁃应变关系曲线，并采用一次函数一体化模型对重组竹顺纹抗拉应力⁃应变曲线进行拟合；束必清等［１５］研究了重组竹顺纹抗拉强度标准值及强度设计值㊂以上研究主要针对重组竹顺纹抗拉的破坏形态及应力⁃应变关系曲线，而对重组竹横纹抗拉力学性能展开对比研究较少，相关规范尚未完善，针对重组竹抗拉力学性能尚需做很多研究工作㊂笔者通过４０个重组竹顺纹试件和４０个重组竹横纹试件的单轴抗拉试验，研究了重组竹抗拉破坏过程㊁破坏模式，分析重组竹试件的破坏机理；建立重组竹材料抗拉应力⁃应变关系模型，提出适于工程应用的简化本构公式；通过抗拉弹性模量和抗拉强度在正态分布㊁对数正态分布和威布尔分布３种分布模型中的拟合效果分析，进一步提取了重组竹抗拉强度的标准值㊂１㊀材料与方法１．１㊀试件制备试验原材料为浙江安吉的４ ６年生毛竹，采用模压冷压工艺压制重组竹㊂具体生产过程：首先将竹条疏解１次成竹束；其次将竹束在酚醛树脂浸胶池中浸渍２５ｍｉｎ，浸胶量７％，并干燥至含水率８％；之后将竹束纵向放入１１０ｍｍˑ１１０ｍｍˑ２０００ｍｍ尺寸的模具中，在压机上高压预成型，单位压力３．０ＭＰａ；最后将模具锁定并送入温度为２００ħ的加热通道固化１０ｈ㊂参照ＪＧ／Ｔ１９９ ２００７‘建筑用竹材物理力学性能试验方法“测得重组竹试件的平均密度为１．１５ｇ／ｃｍ３，平均含水率为１１．３３％㊂根据ＡＳＴＭＤ１４３－１４ Ｓｔａｎｄａｒｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｓｍａｌｌｃｌｅａｒｓｐｅｃ⁃ｉｍｅｎｓｏｆｔｉｍｂｅｒ 设计加工重组竹顺纹抗拉和横纹抗拉试件，重组竹试件设计尺寸如图１所示㊂图１㊀试件设计尺寸Ｆｉｇ．１㊀Ｄｅｓｉｇｎｓｉｚｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ１．２㊀测试方法参照ＡＳＴＭＤ１４３－１４进行重组竹抗拉测试并绘制其应力⁃应变曲线㊂抗拉试验在ＳＡＮＳ万能力学试验机上进行，安放试件时要保证试件垂直，以确保试件处于轴心抗拉状态，使用ＤＨ３８１６Ｎ静态应变采集箱采集应变，采集频率为１Ｈｚ，试验装置如图２所示㊂采用位移控制加载制度对抗拉试件进行正式加载，加载速度为１ｍｍ／ｍｉｎ，直至试件破坏，总加载持续时间控制为６ １０ｍｉｎ㊂根据式（１） （３）计算试件抗拉极限强度σｔｕ㊁抗拉弹性模量Ｅｔ和泊松比υｉｊ㊂σｔｕ＝Ｆｔｕｂｔ（１）Ｅｔ＝ΔＦｔｂｔΔεｔｉ（２）７４林业工程学报第８卷υｉｊ＝－ΔεｔｊΔεｔｉ（３）式中：Ｆｔｕ为抗拉极限荷载，Ｎ；ΔＦｔ为抗拉弹性阶段的荷载增量，Ｎ；Δεｔｉ㊁Δεｔｊ为抗拉弹性阶段２个相互垂直方向的应变增量；ｂ㊁ｔ为试件有效区域的宽度与厚度，ｍｍ㊂图２㊀试验装置Ｆｉｇ．２㊀Ｔｅｓｔｓｅｔｕｐ２㊀结果与分析２．１㊀破坏形态重组竹顺纹抗拉试件的主要破坏形态如图３所示㊂当竹束分布均匀㊁试件中轴线与拉力作用线重合时，在抗拉过程中，竹束均匀受力，试件断裂面平齐，表现为平口破坏；当竹束分布不均匀，或者试件中轴线与拉力作用线不重合时，试件发生偏心抗拉，两侧竹束不均匀受力，试件破坏面与拉力作用线有一定倾斜角，表现为斜口破坏㊂重组竹顺纹抗拉破坏缘于纤维束断裂失效，呈脆性断裂破坏形态㊂图３㊀顺纹抗拉试件破坏形态Ｆｉｇ．３㊀Ｆａｉｌｕｒｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅ重组竹横纹抗拉试件的主要破坏形态如图４所示㊂加载初期，试件没有出现明显的裂缝；随着荷载的增大，试件最小截面处沿着竹纤维束方向出现细小裂缝；继续加载，裂缝逐渐变大并沿着水平方向延伸，最后贯穿整个截面，试件被拉断㊂重组竹横纹抗拉破坏缘于纤维束间胶体失效，呈脆性断裂破坏形态㊂图４㊀横纹抗拉试件破坏形态Ｆｉｇ．４㊀Ｆａｉｌｕｒｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅ２．２㊀抗拉性能分析在重组竹试件顺纹抗拉试验过程中，根据试验现象和试验数据发现，抗拉应力⁃应变曲线呈线性关系，断裂无征兆，试件属于脆性破坏㊂有效的３５个重组竹顺纹抗拉试件极限抗拉试验结果统计值见表１㊂重组竹顺纹抗拉弹性模量均值为９５２９．８１ＭＰａ，极限强度均值为９７．８８ＭＰａ，极限应变均值为０．０１００％，泊松比均值为０．４６２㊂在重组竹试件横纹抗拉试验过程中，根据试验现象和试验数据发现，各个重组竹横纹抗拉试件试验结果与数据差异较大，抗拉应力⁃应变曲线呈典型的线性与非线性２个阶段，试件迅速破坏㊂有效的３５个重组竹横纹抗拉试件极限抗拉试验结果见表２㊂重组竹横纹抗拉只有一种破坏形态，考虑到重组竹加工工艺（如温度㊁压力等）与材料（如竹节表１㊀顺纹抗拉试件试验结果统计值Ｔａｂｌｅ１㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ统计指标顺纹抗拉弹性模量Ｅｔ／ＭＰａ极限强度σｔｕ／ＭＰａ极限应变εｔｕ／％泊松比ｖｔ平均值９５２９．８１９７．８８０．０１０００．４６２标准差１３１０．７５１８．４９０．００１８０．０６２变异系数０．１３８０．１８９０．１７２０．１３５ＣＩ下限９２７０．４５９４．２２０．００９９４０．４５０ＣＩ上限９７８９．１６１０１．５３０．０１０６０．４７４表２㊀横纹抗拉试件试验结果统计数值Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ统计指标横纹抗拉弹性模量Ｅｔʅ／ＭＰａ比例极限应变εｔｅʅ／％比例极限强度σｔｅʅ／ＭＰａ极限应变εｔｕʅ／％极限强度σｔｕʅ／ＭＰａ泊松比ｖｔʅ平均值１８６４．２９０．００１７２３．０４０．００４４８５．２１０．１２７标准差４３７．０５０．０００５７０．７４０．００１３００．８００．０３９变异系数０．２３０．３２８２６０．２４０．２８９１４０．１５０．３０５ＣＩ下限１７７７．８１０．００１６１２．８９０．００４２３５．０５０．１１９ＣＩ上限１９５０．７７０．００１８４３．１８０．００４７４５．３７０．１３４８４㊀第１期盛叶，等：重组竹抗拉力学性能分析缺陷㊁纤维束密度等）等原因，试验数据离散性较大㊂重组竹横纹抗拉弹性模量均值为１８６４．２９ＭＰａ，极限强度均值为５．２１ＭＰａ，极限应变均值为０．００４４８％，泊松比均值为０．１２７㊂２．３㊀应力⁃应变关系２．３．１㊀重组竹顺纹抗拉应力⁃应变关系试验得到的重组竹试件顺纹抗拉应力⁃应变曲线如图５ａ所示，以顺纹抗拉试件的破坏过程㊁应力⁃应变曲线走势与参数值分析为基础，可以得出顺纹抗拉试件属于脆性破坏，应力⁃应变曲线关系可用线性模型表示：σｔ＝Ｅｔε，㊀０ɤε＜εｔｕ（４）式中：σｔ为抗拉应力；ε为抗拉应变；εｔｕ为顺纹抗拉极限应变㊂图５㊀抗拉应力⁃应变关系模型（平均值）Ｆｉｇ．５㊀Ｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｍｏｄｅｌｕｎｄｅｒｔｅｎｓｉｏｎ（ａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ）２．３．２㊀重组竹横纹抗拉应力⁃应变关系试验得到的重组竹试件横纹抗拉应力⁃应变曲线如图５ｂ所示，以横纹抗拉试件的破坏过程㊁应力⁃应变曲线走势与参数值分析为基础，可以得出横纹抗拉破坏过程分为线性与非线性２个阶段，线性阶段㊁非线性阶段应力⁃应变曲线关系分别用一次函数模型和三次函数模型表示：σ（ε）＝Ｅｔʅε，０ɤε＜εｔʅλ１ε＋λ２ε２＋λ３ε３，εｔʅɤε＜εｔｕʅ{（５）λ１＝２Ｅｔʅεｔｕʅ－Ｅｔʅεｔʅ２（εｔｕʅ－εｔʅ）（６）λ２＝－Ｅｔʅ（５εｔｕʅ＋εｔʅ）２（εｔｕʅ－εｔʅ）（７）λ３＝Ｅｔʅ１０εｃｕʅ（εｔｕʅ－εｔʅ）（８）式中：εｔｕʅ为抗拉极限应变；σ（ε）为抗拉应力；λ１㊁λ２㊁λ３为待定系数㊂２．４㊀力学参数标准值２．４．１㊀分布模型拟合对于结构材的样本数据统计，通常采用威布尔分布模型㊁正态分布模型㊁对数正态分布模型进行分布拟合［１６］㊂重组竹顺纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值分别用３种分布模型进行拟合的情况对比如图６所示㊂由图６可以看出，顺纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值服从偏态分布㊂在３种分布模型中，对数正态分布与弹性模量和极限强度试验数据直方图匹配效果最好㊂图６㊀顺纹抗拉试件弹性模量和极限强度分布Ｆｉｇ．６㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅ９４林业工程学报第８卷㊀㊀重组竹顺纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值拟合优度检验对比见表３，由表３可以得出：正态分布㊁对数正态分布㊁威布尔分布均可作为顺纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值的总体假设分布形式㊂根据Ｐ值判断３种分布的拟合优度效果为对数正态分布＞正态分布＞威布尔分布㊂表３㊀顺纹抗拉试验值拟合优度检验比较（５％水平）Ｔａｂｌｅ３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｇｏｏｄｎｅｓｓｏｆｆｉｔｔｅｓｔｏｆｔｅｓｔｖａｌｕｅｓｕｎｄｅｒｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅ（５％ｌｅｖｅｌ）分布抗拉弹性模量抗拉极限强度优度检验统计Ｐ结论优度检验统计Ｐ结论Ｋ⁃Ｓ检验０．０６２１Ｈ０Ｋ⁃Ｓ检验０．０８７６１Ｈ０正态Ｋ⁃Ｓ修正０．０５８＞０．１５Ｈ０Ｋ⁃Ｓ修正０．０８７６＞０．１５Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．１５２０．９５６Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．２４６００．７３８Ｈ０Ｋ⁃Ｓ检验０．０６６１Ｈ０Ｋ⁃Ｓ检验０．０８２７１Ｈ０对数正态Ｋ⁃Ｓ修正０．０４９＞０．１５Ｈ０Ｋ⁃Ｓ修正０．０６４３＞０．１５Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．１４６０．９６４Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．１９９００．８７５Ｈ０威布尔Ｋ⁃Ｓ修正０．０８４＞０．１Ｈ０Ｋ⁃Ｓ修正０．１１６０＞０．１Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．３２９ȡ０．２５Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．４６６００．２４３Ｈ０㊀注：Ｈ０代表不能排除原假设分布㊂下同㊂㊀㊀重组竹横纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值分别用３种分布模型进行拟合的情况对比见图７，由图７可以看出，横纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值服从偏态分布㊂在３种分布模型中，对数正态分布与弹性模量试验数据直方图匹配效果最好，正态分布与极限强度试验数据直方图匹配效果最好㊂图７㊀横纹抗拉试件弹性模量和极限强度分布Ｆｉｇ．７㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅ㊀㊀重组竹横纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值拟合优度检验对比见表４，由表４可以得出，正态分布㊁对数正态分布㊁威布尔分布均可作为横纹抗拉试件弹性模量和极限强度试验值的总体假设分布形式㊂弹性模量根据Ｐ值判断３种分布的拟合优度效果为对数正态分布＞正态分布＞威布尔分布；极限强度根据Ｐ值判断３种分布的拟合优度效果为正态分布＞威布尔分布＞对数正态分布㊂表４㊀横纹抗拉试验值拟合优度检验比较（５％水平）Ｔａｂｌｅ４㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｇｏｏｄｎｅｓｓｏｆｆｉｔｔｅｓｔｏｆｔｅｓｔｖａｌｕｅｓｕｎｄｅｒｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｔｅｎｓｉｌｅ（５％ｌｅｖｅｌ）分布抗拉弹性模量抗拉极限强度优度检验统计Ｐ结论优度检验统计Ｐ结论Ｋ⁃Ｓ检验０．０９３２１Ｈ０Ｋ⁃Ｓ检验０．１０７０．８３４Ｈ０正态Ｋ⁃Ｓ修正０．０７４０＞０．１５Ｈ０Ｋ⁃Ｓ修正０．０７９＞０．１５Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．０３２７０．５０８Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．３７１０．４０５Ｈ０Ｋ⁃Ｓ检验０．０９６９０．９７４Ｈ０Ｋ⁃Ｓ检验０．１３８０．４８５Ｈ０对数正态Ｋ⁃Ｓ修正０．０６８３＞０．１５Ｈ０Ｋ⁃Ｓ修正０．１０９＞０．１５Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．０３２３０．５１３Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．６５９０．０７８Ｈ０威布尔Ｋ⁃Ｓ修正０．０９４４＞０．１Ｈ０Ｋ⁃Ｓ修正０．０８６＞０．１Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．３７３０ȡ０．２５Ｈ０Ａ⁃Ｄ检验０．３３２ȡ０．２５Ｈ００５㊀第１期盛叶，等：重组竹抗拉力学性能分析２．４．２㊀强度标准值提取美国木结构设计相关标准的木材强度和弹性模量标准值依据木材无疵小试样的标准试验方法（ＡＳＴＭＤ１４３－１４）确定㊂根据ＡＳＴＭＤ２９１５－１７Ｓｔａｎｄａｒｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｄａｔａ⁃ａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｗｏｏｄａｎｄｗｏｏｄ⁃ｂａｓｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ 采用参数法（正态分布㊁对数正态分布㊁威布尔分布）得出７５％置信度（样本在总体中被抽取的概率）下，５％分位值的样本强度容差下限，并将此下限值作为强度标准值Ｆｋ㊂累积分布函数分位值（５％）与参数法容差下限（ＰＴＬ，７５％置信度下㊁５％分位值）计算过程如下㊂总体服从正态分布累积分布函数Ｐ分位值：φ（ｘ－ｍσ）＝Ｐ（９）φ（ｘ）＝１２πʏｘ－ɕｅ－ｔ２２ｄｔ（１０）总体服从正态分布ＰＴＬ：Ｆｋ＝ｍ－Ｋσ（１１）总体服从对数正态分布累积分布函数分位值：φ（ｘ－ｍｌｎＦσｌｎＦ）＝Ｐ（１２）总体服从对数正态分布ＰＴＬ：Ｆｋ＝ｅｍｌｎＦ－ＫσｌｎＦ（１３）总体服从威布尔分布累积分布函数分位值：Ｆ（ｘ）＝１－ｅ－（ｘａ）ｂ（１４）总体服从威布尔分布ＰＴＬ（Ｋ＞２）：Ｆｋ＝ｍ－Ｋσ（１５）式中：ｍ＝ａ；σ＝ｂ㊂若Ｋɤ２，采用下式估算ＰＴＬ值：Ｆｋ＝ａ［－ｌｎ（１－０．０５）］１ｂ（１６）式中：φ（ｘ）为累积分布函数；Ｐ为累积分布函数分位值；Ｋ为特征系数；ｍ为试件强度的平均值；ｍｌｎＦ为对数正态分布试件强度的平均值；σ为试件强度的标准差；σｌｎＦ为对数正态分布试件强度的标准差；ａ为威布尔分布尺度参数；ｂ为威布尔分布形状参数㊂非参数法容差下限计算过程如下㊂通过插值法计算累积分布的５％分位值（ＮＰＥ，公式中记为ＮＰＥ）：ＮＰＥ＝０．０５（ｎ＋１）－（ｊ－１）[]ｘｊ－ｘ（ｊ－１）[]＋ｘ（ｊ－１）（１７）式中：ｎ为样本试件数；ｊ为大于等于ｉ的最小正整数，ｉ／（ｎ＋１）ȡ０．０５㊂采用上述方法，对重组竹抗拉强度标准值的统计结果分别见表５㊂顺纹抗拉强度标准值在对数正态分布时拟合优度最好，为偏于安全，取７５％置信度ＰＴＬ对应的数值（６７．５９ＭＰａ）为顺纹抗拉强度标准值；横纹抗拉强度标准值在正态分布时拟合优度最好，为偏于安全，取７５％置信度ＰＴＬ对应的数值（３．７３ＭＰａ）为横纹抗拉强度标准值㊂顺纹抗拉强度标准值约为横纹抗拉强度标准值的１８倍，工程中应尽量避免横纹抗拉㊂表５㊀参数法㊁非参数法统计强度标准值Ｔａｂｌｅ５㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｓｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｂｙｐａｒａｍｅｔｅｒｍｅｔｈｏｄａｎｄｎｏｎ⁃ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｅｔｈｏｄ单位：ＭＰａ样本试件参数法正态分布５％分位值正态分布７５％置信度ＰＴＬ对数正态分布５％分位值对数正态分布７５％置信度ＰＴＬ威布尔分布７５％置信度ＰＴＬ非参数５％ＮＰＥ顺纹抗拉试件６７．４７６３．７０７０．２８６７．５９６２．５７６４．９１横纹抗拉试件３．９０３．７３３．９６３．８３３．６８３．６８㊀注：参数法中采用各假设分布的累积分布函数提取５％分位值，采用计算公式计算容差下限ＰＴＬ；采用极大似然法估计威布尔分布参数时，假设威布尔分布渐进正态来估计容差下限ＰＴＬ的前提是ｋȡ２［１７］，否则ＰＴＬ估计不可靠，故选择威布尔累积分布函数的５％分位值计算公式代替计算㊂３㊀结㊀论１）重组竹顺纹抗拉试件破坏形态主要有平口破坏和斜口破坏，抗拉弹性模量㊁抗拉极限强度平均值分别为９５２９．８１和９７．８８ＭＰａ，抗拉应力⁃应变曲线呈线性关系；重组竹横纹抗拉弹性模量㊁抗拉极限强度平均值分别为１８６４．２９和５．２１ＭＰａ，抗拉应力⁃应变曲线可分为线性阶段和非线性阶段，非线性段曲线可以用三次函数模型表示㊂２）对数正态分布拟合顺纹抗拉弹性模量㊁顺纹抗拉极限强度㊁横纹抗拉弹性模量时总体分布满足误差精度要求，且在３种分布中拟合优度最高；正态分布拟合横纹抗拉试件极限强度时，在３种分布中拟合优度最好㊂３）参照美国木结构设计相关规范中关于木结构标准值的计算方法，采用参数法和非参数法分别提取了重组竹抗拉强度的标准值；顺纹抗拉强度标准值取６７．５９ＭＰａ（对数正态分布拟合下７５％置信度ＰＴＬ），横纹抗拉强度标准值取３．７３ＭＰａ（正态分布拟合下７５％置信度ＰＴＬ）；顺纹抗拉强度标准１５林业工程学报第８卷值约为横纹抗拉强度标准值的１８倍，工程中应尽量避免横纹抗拉㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］苏光荣，李贤军，胡嘉裕，等．重组竹尺寸稳定性及力学特性［Ｊ］．中南林业科技大学学报，２０２２，４２（２）：１５９－１６８．ＤＯＩ：１０．１４０６７／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７３－９２３ｘ．２０２２．０２．０１７．ＳＵＧＲ，ＬＩＸＪ，ＨＵＪＹ，ｅｔａｌ．Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｅ⁃ｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，４２（２）：１５９－１６８．［２］刘娇，周爱萍，盛宝璐，等．温度对重组竹短期受压蠕变性能的影响［Ｊ］．林业工程学报，２０２１，６（２）：６４－６９．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２００６００３．ＬＩＵＪ，ＺＨＯＵＡＰ，ＳＨＥＮＧＢＬ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｓｈｏｒｔ⁃ｔｅｒｍｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｃｒｅｅｐｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，６（２）：６４－６９．［３］伍希志，史金桥，李贤军，等．碳纤维增强聚合物⁃重组竹复合材的弯曲力学性能［Ｊ］．林业工程学报，２０２０，５（３）：４１－４７．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１９０６０４９．ＷＵＸＺ，ＳＨＩＪＱ，ＬＩＸＪ，ｅｔａｌ．Ｆｌｅｘｕｒａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ⁃ｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，５（３）：４１－４７．［４］ＣＨＥＮＪＰ，ＧＵＡＧＬＩＡＮＯＭ，ＳＨＩＭＨ，ｅｔａｌ．ＡｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒａｎｄｉｔｓｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｏｏｄａｎｄＷｏｏｄＰｒｏｄｕｃｔｓ，２０２１，７９（２）：３６３－３７９．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ００１０７－０２０－０１６２２－ｗ．［５］ＨＵＡＮＧＹＸ，ＪＩＹＨ，ＹＵＷＪ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍ⁃ｂｅｒ：ａｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ，２０１９，６５（１）：１－１０．ＤＯＩ：１０．１１８６／ｓ１００８６－０１９－１８０６－４．［６］冷予冰，许清风，陈玲珠．工程竹在建筑结构中的应用研究进展［Ｊ］．建筑结构，２０１８，４８（１０）：８９－９７．ＤＯＩ：１０．１９７０１／ｊ．ｊｚｊｇ．２０１８．１０．０１８．ＬＥＮＧＹＢ，ＸＵＱＦ，ＣＨＥＮＬＺ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆａｐｐｌｉｃａ⁃ｔｉｏｎｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｂａｍｂｏｏｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＢｕｉｌｄｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，２０１８，４８（１０）：８９－９７．［７］ＬＥＮＧＹＢ，ＷＡＮＧＺＬ，ＸＵＭ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｒｏｔａｔｉｏｎａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｂｅａｍ⁃ｔｏ⁃ｃｏｌｕｍｎｂｏｌｔｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，１４７（９）：０４０２１１２２．ＤＯＩ：１０．１０６１／（ａｓｃｅ）ｓｔ．１９４３－５４１ｘ．０００３０９９．［８］ＬＩＨＴ，ＺＨＡＮＧＨＺ，ＱＩＵＺＹ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｍｏｄｅｌｓｆｏｒｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｎｅｗａｂｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，８（１）：１３－２７．ＤＯＩ：１０．３２６０４／ｊｒｍ．２０２０．０９３４１．［９］ＨＵＡＮＧＤＳ，ＢＩＡＮＹＬ，ＺＨＯＵＡＰ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓａｎｄｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｐａｒａｌｌｅｌｓｔｒａｎｄｂａｍｂｏｏｍａｄｅｆｒｏｍｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１５，７７：１３０－１３８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎ⁃ｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１４．１２．０１２．［１０］ＷＵＭＴ，ＭＥＩＬＤ，ＧＵＯＮ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｊ］．Ｃｏｎ⁃ｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，３４４：１２８０８２．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０２２．１２８０８２．［１１］ＬＩＵＷ，ＬＩＵＭＸ，ＨＵＡＮＧＪＫ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｍｏ⁃ｄｅｌｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｌｏａｄｉｎｇａｌｏｎｇｔｈｅｆｉｂｒｅｄｉ⁃ｒｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｏｏｄａｎｄＷｏｏｄＰｒｏｄｕｃｔｓ，２０２１，７９（４）：８１１－８２０．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ００１０７－０２１－０１６８０－８．［１２］张俊珍，任海青，钟永，等．重组竹抗压与抗拉力学性能的分析［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０１２，３６（４）：１０７－１１１．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０１２．０４．０２２．ＺＨＡＮＧＪＺ，ＲＥＮＨＱ，ＺＨＯＮＧＹ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｒｅｓ⁃ｓｉｖｅａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０１２，３６（４）：１０７－１１１．［１３］盛宝璐，周爱萍，黄东升，等．重组竹的顺纹拉压强度与本构关系［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０１５，３９（５）：１２３－１２８．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０１５．０５．０２０．ＳＨＥＮＧＢＬ，ＺＨＯＵＡＰ，ＨＵＡＮＧＤＳ，ｅｔａｌ．Ｕｎｉａｘｉａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｌａｗｏｆｐａｒａｌｌｅｌｓｔｒａｎｄｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０１５，３９（５）：１２３－１２８．［１４］魏洋，纪雪微，端茂军，等．重组竹轴向应力⁃应变关系模型［Ｊ］．复合材料学报，２０１８，３５（３）：５７２－５７９．ＤＯＩ：１０．１３８０１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｆｈｃｌｘｂ．２０１７０６０８．００２．ＷＥＩＹ，ＪＩＸＷ，ＤＵＡＮＭＪ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｅｌｆｏｒａｘｉａｌｓｔｒｅｓｓ⁃ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｊ］．ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｅＣｏｍｐｏｓｉｔａｅＳｉｎｉｃａ，２０１８，３５（３）：５７２－５７９．［１５］束必清，张文娟，陶玉鹏，等．重组竹力学性能及设计强度取值研究［Ｊ］．西北林学院学报，２０２２，３７（２）：２１６－２２２．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１－７４６１．２０２２．０２．３０．ＳＨＵＢＱ，ＺＨＡＮＧＷＪ，ＴＡＯＹＰ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅｓｉｇｎｖａｌｕｅｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２２，３７（２）：２１６－２２２．［１６］上官蔚蔚．重组竹物理力学性质基础研究［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１５．ＳＨＡＮＧＧＵＡＮＷＷ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏ⁃ｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｃｒｉｍｂｅｒ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，２０１５．［１７］赵秀．兴安落叶松规格材强度性质的基础研究［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１０．ＺＨＡＯＸ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌａｒｃｈｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｕｍ⁃ｂｅｒ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，２０１０．（责任编辑㊀莫弦丰）２５。
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。
毛竹材抗拉弹性模量及抗拉强度
毛竹材抗拉弹性模量及抗拉强度
杨云芳;刘志坤
【期刊名称】《浙江农林大学学报》
【年(卷),期】1996(013)001
【摘要】将天然毛竹材视为纤维与基体两种组分材料的构成的复合材料，以一个维管束及周围所辖薄壁组织细胞为分析单元进行微观力力性能分析，得出以组分材料性能与含量表示的宏观性抗弹性模量和极限抗强度计算式，实验结果表明，毛竹材组分含量沿壁厚及秆高变异显著，组分（即纤维与基体）的抗拉弹性模量分别为２７．６０ＧＰａ和６．０６ＧＰａ，抗拉强度分别为５４７．６８ＭＰａ和７４．６０ＭＰａ，毛竹材的宏观抗拉弹性模量及强度同组分
【总页数】7页(P21-27)
【作者】杨云芳;刘志坤
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】S795.720.1
【相关文献】
1.商品混凝土轴心抗拉强度与受拉弹性模量的试验研究 [J], 陈萌;毕苏萍;刘立新;彭少民
2.粉煤灰混凝土的单轴抗拉弹性模量 [J], 张文博;毛明杰;杨秋宁;陈伟
3.基于早晚材的兴安落叶松成熟材力学模型*基于早晚材的兴安落叶松成熟材力学模型*--顺纹抗拉弹性模量 [J], 郭莹洁;赵荣军;钟永;任海青
4.激光测距方法测量结构材的顺纹抗拉弹性模量 [J], 殷亚方;Nagao Hirofumi;Kato Hideo;Ido Hirofumi
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重组竹材抗拉强度统计分析方法研究
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald68DOI：10.16660/ki.1674-098X.2104-5640-3423重组竹材抗拉强度统计分析方法研究李翰墨 孙嵩松*（南京林业大学汽车与交通工程学院 江苏南京 210037）摘 要：重组竹是一种新型的生物质纤维增强复合材料，前期研究表明该类材料的静态力学性能存在一定的随机性。
本文针对重组竹的抗拉强度进行研究，采用标准拉伸力学试验确定重组竹的抗拉强度，并对试验结果进行数理统计分析。
研究结果表明，重组竹的抗拉强度试验结果呈现明显的分散性，同时正态分布以及对数正态分布函数均能对其进行准确拟合，具有较好的工程适用性。
关键词：重组竹 抗拉强度 数理统计 正态分布函数中图分类号：TU311 文献标识码：A文章编号：1674-098X(2021)05(a)-0068-03Research on the Statistical Analysis Approach of the RecombinantBamboo Tensile StrengthLI Hanmo SUN Songsong*(College of Automobile and Traff ic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu Province,210037 China)Abstract : Recombinant bamboo is a new type of biomass f iber reinforced composites. Previous studies have shown that the static mechanical properties of this kind of materials have certain randomness. In this paper, the tensile strength of Reconstituted Bamboo was studied. The tensile strength of Reconstituted Bamboo was determined by standard tensile test, and the test results were analyzed by mathematical statistics. The results show that the tensile strength test results of Reconstituted Bamboo show obvious dispersion, and the normal distribution and lognormal distribution function can accurately f it it, which has good engineering applicability.Key Words : Recombinant bamboo; Tensile strength; Statistical analysis; Normal distribution function基金项目：2019年南京林业大学大学生实践创新训练计划（项目编号：2019NFUSPITP1126）。
毛竹力学性能在竹家具中的应用研究
全融合ꎮ 本文以毛竹的力学性能为切入点ꎬ 详细论述了毛竹的比强度、 比刚度、 弹性、 顺纹弯曲性和顺纹抗
压抗拉强度等力学特性在竹家具设计中的应用ꎬ 以期为我国家具业的发展提供新思路ꎮ
关键词: 毛竹ꎻ 竹材ꎻ 造型ꎻ 力学性能ꎻ 竹家具
竹材力学性能是竹材加工利用的重要依据之一ꎮ
量都居世界第一ꎬ 为我国竹家具行业的发展提供了
根据竹材的力学性能可以确定竹材的应用领域和范
有利条件ꎮ 毛竹材作为家具材料ꎬ 有其特有的特点:
围ꎬ 对竹材的培育、 合理确定砍伐时间具有现实意
良好的比强度和比刚度ꎻ 很好的弹性、 顺纹弯曲性
ꎮ 随着竹材加工技术的发展ꎬ 竹材在家具行业
腿、 柱等支撑构件和连接构件ꎮ 毛竹材的顺纹抗压、
抗拉强度的应用如图 ４ 所示ꎮ 图 ４ ( 左) 中的竹椅
座板与靠板的倾斜度较大ꎬ 需要连接件具有较高的
抗拉强度ꎬ 以发挥承载作用并在一定程度上减轻家
具的自身质量ꎮ 图 ４ ( 右) 中的休闲竹椅造型优美ꎬ
座面与靠背都采用倾斜设计ꎬ 但是倾斜度较小ꎬ 这
ｍｏｄｅｒｎ ｂａｍｂｏｏ ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｓｕｃｈ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｏｓｏ ｂａｍｂｏｏ ａｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ
ｓｔｒｅｎｇｔｈꎬ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓꎬ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙꎬ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈꎬ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
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竹材顺纹抗拉强度和弹性模量敏感性分析
摘要：竹材一种具备优异力学性能的天然材料。
本论文通过实验研究，分析了
竹材自身维管束密度和含水率对竹材顺纹抗拉强度和顺纹抗拉弹性模量的敏感程度，得出了各影响因素对竹材力学性能的影响，进一步得到了两种因素的影响水平。
从而得出结论：避免竹材潮湿对于保障竹材受力结构的刚度和稳定性都具有重要的意义。
关键词：顺纹抗拉强度；弹性模量；析因实验设计；析因分析
竹材具有强度高、弹性好、性能稳定、密度适中的特点，是自然界存在的一种具备优异力学性能的天然材料。
由于竹材的比刚度和比强度高于木材和普通钢铁，在建筑工程领域不仅可以应用于装饰装修，也广泛应用于承重结构。
1实验总体方案
本文根据原生竹材的基础性质，结合中华人民共和国建筑行业标准JG/T 199—2007[19]，进行实验的整体设计，设计的具体内容如下：
（1）通过江南XJL-03显微镜对竹材截面维管束进行观察，并拍照。
通过所拍照片分析其分布密度，面积及其形状；
（2）采用微机控制电子万能实验机对材料进行顺纹抗拉强度实验以及顺纹抗拉弹性模量实验。
对得到的数据进行分析，得出结论；
（3）通过对竹材的维管束分布密度以及含水率进行分组对照实验，得到不同含水率和不同的维管束分布密度对竹材顺纹抗拉强度不同的力学性质，包括顺纹抗拉强度和顺纹抗拉弹性模量。
实验分为四组，分别为：
第一组：维管束分布密度稀疏，不浸泡水；
第二组：维管束分布密度稀疏，浸泡48h；
第三组：维管束分布密度密集，不浸泡水；
第四组：维管束分布密度密集，浸泡48h。
为了了解竹材维管束分布密度以及试件含水率对竹材顺纹抗拉强度实验和顺纹抗拉弹性模量有无影响，现将竹材截面维管束及含水率因素引入到实验中。
为了建立竹材的细观力学模型，我们假定：
（1）假定竹条内的维管束和基体部分都是均质的；
（2）假定竹条内的维管束是纵向连续的、均质的；
（3）假定在试件的有效长度范围内，维管束分布沿试件长度不发生变化；
（4）假定每根试件在水中浸泡时，与水的接触面积相同。
2析因实验设计
竹材顺纹抗拉强度试件尺寸设计如图1：
3析因分析
根据只考虑含水率、试件维管束分布密度对竹材抗拉强度的影响，下面对本次实验的结果进行22析因分析。
方便起见，因子的效应用大写拉丁字母表示，“A”表示维管束分布密度因子效应，“B”表
示含水率因子效率，“AB”表示两种因子的交互作用效应，因子的低水平和高水平分别以“”和“”表示。
2因子2水平全面工况组合可用表2表述为：
图2 22实验组和计算图
主效应A可以由图2中的正方形右边两个处理组合的平均响应和左边的两个处理组合的
平均响应的差求得；主效应B可以由图3-12中的正方形上边两个处理的平均响应和下边的两个处理组合的平均响应的差求得；交互作用效应AB是正方形副对角线上的两个处理组合平
均响应和主对角线上两个处理组合的平均响应的差求得：
（下转第288页）4实验结论
综合上述实验步骤，以及实验所得数据的整理分析，可得到以下结论：
（1）由表5可知，浸泡过水的试件的弹性模量明显比干燥试件的弹性模量低，这是由于试件在浸泡过水后，导致弹性模量降低。
（2）由表5可知，维管束分布密集的试件的弹性模量比维管束分布分散的试件的弹性模量高，这是由于竹材的主要受力部分之一为维管束，即维管束分布密度约密集，则顺纹抗拉
弹性模量越大。
（3）由实验可知，维管束分布密集且浸泡过水的试件的顺纹抗拉弹性模量比维管束分布分散且浸泡过水的试件的顺纹抗拉弹性模量大，这是由于在浸泡过程中，维管束分布分散的
试件，其内部的空隙较大，导致水的有效浸入，使试件含水率增大，使得抗拉弹性模量降低。
（4）根据表6的p值可判断该效应在统计上的显著水平；0.1<PA<0.5可判断主效应A
（维管束分布密集程度）在统计上为显著水平；0.1<PB<0.5，可判断主效应B（含水率）在统计上为显著水平。
（5）从图5和6可以看出，含水率为影响抗拉弹性模量的主导因素，呈负相关关系。
与维管束的密集程度呈正相关关系。
5结论
本课题通过理论分析和实验研究，系统的研究了原生竹材的顺纹抗拉强度和顺纹抗拉弹
性模量与竹材含水率及维管束分布密度之间的关系。
通过实验数据得出以下结论：（1）顺纹抗拉强度随含水率的增大而减小；
（2）顺纹抗拉强度随维管束分布密集程度的增大而增大；
（3）顺纹抗拉弹性模量随含水率的增大而减小；
（4）顺纹抗拉弹性模量随维管束分布密集程度的增大而增大；
（5）竹材的含水率随维管束分布密集程度的增大而减小。
综合以上结论，可知，竹材在以后的工程结构建设中，应尽量保持干燥，且应挑选维管
束密集的竹材作为材料。
参考文献：
[1]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，
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[2]周芳纯．竹材培育和利用[M]．南京林业大学竹材研究编委会，1998．
[3]杨云芳，俞友明等．红壳竹竹材物理力学性质的研究[J]．浙江林学院学报，1998，
15(02)：158~163．
基金项目：昆明学院校级配套课题（XJZD1603）。