木材微观构造对受载断裂的影响方式研究

摘要

为了能从微观尺度上揭示木材的断裂过程，为木材安全应用提供设计依据，本文探讨了木材微观构造对受载断裂的影响方式。本实验分别对红松、山杨、核桃楸和黄波罗进行LR、LT微拉伸和弯曲实验，采用对木材进行预置切口的方法，控制试件的规格和加载速度，实现了利用环境扫描电子显微镜(ESEM)对木材断裂过程的实时监测。通过断裂影像和应力应变曲线分析，实现了不同断裂模式下断裂路径的分析与预测，能够根据木材构造特点判断断口形态和裂纹的发展趋势，如直线型，Z字型和弧形等；分析了导管、纺锤形木射线、早晚材边界、木纤维、木射线和轴向管胞等木材构造分子对木材受载断裂的影响方式。在裂纹扩展过程中，胞间层间的破坏比横穿细胞壁容易的多，导管、早晚材边界和纺锤形木射线均对裂纹扩展起到延迟的作用，裂纹有时会改变原先的扩展方向，顺着这些组织的边缘处进行延展，严重时会造成试件横向劈裂；当导管处于拉伸试件的切口附近或弯曲试件受拉端表层部位时，在初始荷载作用下，导管壁就会出现微裂纹；导管壁上的纹孔由于微纤丝的排列方向发生改变，微纤丝绕过纹孔口而排列，所以在木材断裂时，裂纹会沿着纹孔的边缘扩展，纹孔常呈现出完整形态；裂纹扩展到一组木射线时，在这组外缘断裂的机会要比在木射线内部大的多；由于木纤维的强度较高，除了在切口尖端以及强力作用下，很少形成垂直纤维的直线形断裂。在裂纹扩展的惯性作用下，在纤维和导管间容易出现弧形裂纹。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1断裂基本概念

1.1.1断裂过程和分类

1.1.2裂纹及类型

1.2断裂基本理论

1.2.1断裂力学

1.2.2断裂物理

1.3木材断裂研究进展

1.4本论文主要研究内容、目的和意义

1.4.1本论文主要研究内容

1.4.2本论文研究的目的和意义

2实验材料、设备和方法

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3实验方案

2.4实验方法

2.4.1试件制备

2.4.2实验方法和步骤

2.5实验研究路线

3木材拉伸、弯曲受载断裂过程的实时监测

3.1木材拉伸断裂的实时监测

3.2木材弯曲断裂的实时监测

3.3本章小结

4木材微观构造对拉伸断裂的影响方式

4.1拉伸断口形态分析

4.1.1红松木材断口形态分析

4.1.2山杨木材断口形态分析

4.1.3黄波罗木材断口形态分析

4.1.4核桃楸木材断口形态分析

4.2木材微观构造对拉伸断裂裂纹扩展的影响

4.2.1复合胞间层对裂纹扩展的影响

4.2.2导管、早晚材边界和纺锤形木射线对裂纹扩展的影响

4.2.3木射线对裂纹扩展的影响

4.2.4纹孔对裂纹扩展的影响

4.3木材拉伸断裂物理、力学分析

4.4本章小结

5木材微观构造对弯曲断裂的影响方式

5.1木材弯曲断口形态分析

5.2木材弯曲过程中裂纹的扩展行为

5.3木材弯曲断裂物理、力学分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢