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毛竹维管束的形态特征及拉伸力学性能研究

作　者: 尚莉莉
导　师: 孙正军
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 木基复合材料科学与工程
关键词: 维管束 纤维鞘 维管束面积 弹性模量 拉伸强度
分类号: S781.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


竹材由维管束和薄壁细胞组成,其力学性能主要由维管束提供,维管束是连接微观到宏观性能的重要环节。本文用机械剥离的方法制取竹材不同部位的维管束;用激光共聚焦显微镜确定维管束的组成与面积;用微型万能力学试验机测试维管束的拉伸强度和模量。并通过维管束的性能探讨各组成单元对维管束性能的贡献。毛竹由外到内,其维管束的形态由半开放式逐渐转变为开放式。外层为半开放型,内层为开放型。毛竹外层维管束排列紧密,呈错列排列,维管束面积有规律的变化。内层维管束分布均匀,面积大,差异小。其导管面积和多孔区面积大,竹纤维鞘面积小。使用力学实验机和视频引伸计测量了毛竹维管束的拉伸模量和强度,模量在17-65GPa之间,拉伸强度在250-1000MPa之间。毛竹维管束的断裂属于脆性断裂,没有明显的屈服点和塑性变形。其破坏模式分为两种,一是呈锯齿状的撕裂,断口不平整,有高有低;二是较为平齐的台阶式断裂。毛竹维管束的弹性模量和拉伸强度之间有线性关系,拉伸强度随着弹性模量的增加而增加。毛竹维管束简化为竹纤维相和综合多孔相,得出竹纤维相和综合多孔相的基本力学性能。通过实验验证,两者基本相符。纤维含量对毛竹维管束的弹性模量和拉伸强度有着显著影响。纤维含量和弹性模量及拉伸强度间也具有很好的线性关系。随着纤维含量的增加,弹性模量和拉伸强度都增大。本文通过毛竹维管束拉伸性能的研究,确定维管束的拉伸力学行为和影响因素;建立微观的竹纤维和维管束的联系,以及维管束和宏观性能的联系,从而可进一步探讨毛竹微观和宏观性能之间的关系。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-27
  1.1 引言  14-25
    1.1.1 研究背景  14
    1.1.2 国内外研究现状  14-25
  1.2 研究目标和主要研究内容  25-26
    1.2.1 研究目标  25
    1.2.2 主要研究内容  25-26
  1.3 研究技术路线  26
  1.4 项目来源和经费支持  26-27
第二章 毛竹维管束的形态特征  27-46
  2.1 材料与实验方法  27-34
    2.1.1 实验材料  27-29
    2.1.2 实验方法  29-34
  2.2 维管束及各组成单元定义  34-37
    2.2.1 维管束描述  34
    2.2.2 维管束各组成单元定义  34-36
    2.2.3 两相简化  36-37
  2.3 结果分析  37-45
    2.3.1 毛竹维管束的形态和分布  37-39
    2.3.2 毛竹维管束不同高度上的形态差异  39-40
    2.3.3 毛竹维管束沿径向的形态差异  40-42
    2.3.4 毛竹维管束的面积测量  42-44
    2.3.5 毛竹维管束的面积规律  44-45
  2.5 本章小结  45-46
第三章 毛竹维管束的纵向拉伸力学性能  46-68
  3.1 材料与方法  46-51
    3.1.1 毛竹维管束拉伸试验方法  47-49
    3.1.2 拉伸测量  49-51
  3.2 毛竹维管束的拉伸强度和模量  51-58
    3.2.1 毛竹维管束的拉伸模量  51-53
    3.2.2 毛竹维管束的拉伸强度  53-55
    3.2.3 竹纤维相的模量和强度  55-56
    3.2.4 运用两相结构计算综合多孔相的模量和强度  56-58
  3.3 结果分析  58-66
    3.3.1 毛竹维管束和纤维鞘的径向强度和模量  58-59
    3.3.2 竹材高度方向维管束和纤维鞘的强度和模量  59-60
    3.3.3 毛竹维管束的破坏模式  60-63
    3.3.4 毛竹维管束模量和强度的关系  63-65
    3.3.5 毛竹维管束纤维含量和模量、强度的关系  65-66
  3.4 本章小结  66-68
第四章 竹材维管束的椭圆形交错排列模型  68-79
  4.1 竹青部维管束密集区交错排列模型  68-72
  4.2 竹青部维管束的疏松区交错排列模型  72-78
  4.3 本章小结  78-79
第五章 结论与讨论  79-82
  5.1 结论  79-80
  5.2 讨论  80
  5.3 展望  80-82
参考文献  82-86
在读期间的学术研究  86-87
致谢  87-88
摘要  88-89

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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 森林采运与利用 > 木材学 > 竹材及性能
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