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题名顺纹拉伸载荷下杨木多尺度结构的失效破坏特征
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作者
李芸琪
初石民
林兰英
傅峰
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机构
中国林业科学研究院木材工业研究所
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出处
《北京林业大学学报》
北大核心
2025年第9期143-152,共10页
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基金
国家重点研发计划课题(2023YFD2200502)。
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文摘
【目的】木材作为具有天然多尺度结构的工程材料,常因受外部载荷作用而发生失效破坏。尽管多尺度结构对木材破坏具有决定性影响,但目前对不同尺度结构的破坏特征及其对失效破坏的影响机制仍缺乏系统性阐释。本研究旨在阐明杨木细胞结构与排列方向在顺纹拉伸载荷下诱发的多尺度失效破坏特征,为木材力学性能评价与工程应用提供理论依据。【方法】以人工林意大利杨为对象,截取轮内不同区域制备拉伸试样。结合SEM、AFM等显微表征手段,系统比较生长轮、细胞及细胞壁3个尺度结构单元的构造特征与力学性质差异,并解析其在顺纹拉伸过程中的破坏路径,揭示杨木多维结构与破坏行为间的内在联系。【结果】(1)生长轮尺度:在顺纹拉伸作用下,结构差异较大的生长轮边界处产生剪切应力,导致生长轮界面或轮界处靠近早材的一侧形成断裂面。(2)细胞尺度:在轴向载荷作用下,杨木轴向细胞主要发生垂直于纹理的细胞横断,形成水平断面或弧形断面;沿径向排列的射线细胞之间发生剥离,裂纹延展至射线末端后会再次转为沿轴向开裂,形成阶梯状断面。破坏断面的差异体现了木材中不同细胞排列方向对裂纹扩展路径的引导作用。(3)细胞壁尺度:杨木细胞壁厚度变化较大的区域易发生跨壁断裂,形成横断破坏;裂纹在细胞壁内扩展时,S1/S2界面或S2/S3界面层因微观结构差异成为剥离的薄弱环节,反映了细胞壁内部不同层之间结合力的差异,以及在应力作用下的响应特点;裂纹在细胞间沿顺纹方向扩展时,木纤维细胞之间沿CML/S1界面层发生剥离,形成沿胞间层CML剥离的破坏模式,表明胞间层在顺纹拉伸载荷下结合力相对较弱。【结论】顺纹拉伸载荷作用下,杨木内部构造、细胞形态结构和细胞排列方向的差异显著影响杨木不同尺度的破坏模式。不同尺度上同一单元之间的结构和力学性质差异是影响杨木受外部载荷作用时内部应力分配的主要因素。未来可通过原.位设备实时监测木材在力学载荷下生物大分子结构的微小变化,从分子层面揭示木材的力学响应机制。
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关键词
杨木
多尺度结构
结构差异
顺纹拉伸
破坏模式
细胞壁
胞间层(CML)
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Keywords
poplar wood
multiscale structures
structural differences
longitudinal tension
failure pattern
cell wall
compound middle lamella(CML)
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分类号
S781.29
[农业科学—木材科学与技术]
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题名杨木单板顺纹拉伸性能研究
被引量：5
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作者
罗江丽
杨家富
杨淑琴
张晓冬
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机构
成都航空职业技术学院
南京林业大学
南京应天学院
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出处
《林业机械与木工设备》
2010年第10期31-33,共3页
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基金
国家高技术研究发展计划项目(2002AA2415171)
江苏省科技攻关项目(BE2003309)
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文摘
杨木单板是木竹复合层合板的组分材料之一,其力学性能直接影响木竹复合层合板的力学性能。因此,研究其力学性能对木竹复合层合板的结构设计和优化有重要的意义。常态下杨木单板在不同压力下的顺纹拉伸弹性性能试验结果表明:压力相同时,随着板厚的增大,单板拉伸弹性模量呈现增大趋势;随着压力的增大,杨木单板的拉伸弹性模量和抗拉强度增大。
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关键词
杨木单板
顺纹拉伸性能
弹性模量
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Keywords
poplar veneer
tensile property along the grain
elastic modulus
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分类号
TS612
[轻工技术与工程]
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题名竹单层顺纹拉伸性能测试与分析
被引量：1
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作者
龚震鸿
张蔚
周超
姚文斌
俞伟鹏
张天翼
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机构
浙江农林大学光机电工程学院
浙江农林大学暨阳学院
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出处
《林业工程学报》
CSCD
北大核心
2023年第6期58-63,共6页
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基金
浙江省科技厅公益性项目(LGN21C160006)
浙江省科技厅重点项目(2021C02017)。
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文摘
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、竹黄两面逼近的削减法。从竹青、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。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。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、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)]。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0.5 mm(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%。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。
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关键词
竹材
竹单层
顺纹拉伸
双面削减法
层合结构
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Keywords
bamboo
bamboo single layer
parallel stretching
double-sided reduction method
laminated structure
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分类号
S781.9
[农业科学—木材科学与技术]
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