断层面积纤维比例对毛竹材拉伸剪切性能的影响

摘要

于安徽省霍山县采集4年生胸径10~13 cm的毛竹(Phyllostachys edulis)10株,截取毛竹1.5~2.0 m之间(第11~15个竹节)的节间部分,从竹筒上劈制长度81 mm、宽度10 mm的竹条,以10 mm厚度为依据,将竹条内、外两表面进行刨平;参照相关标准,从竹壁外部、中部、内部分别制取厚度为7 mm的竹条,制备不同拉伸剪切试样,采用万能力学试验机(INSTRON-5582)进行拉伸剪切试验;以总纤维束面积与剪切面面积之比,计算不同剪切破坏面的断层面积纤维比例;以断层面积纤维比例、剪切强度为评价指标,分析断层面积纤维比例对拉伸剪切力学行为和破坏方式的影响。结果表明:毛竹材弦向面拉伸剪切强度,与断层面积纤维比例不呈正相关关系。断层面积纤维比例为37.35%竹肉的剪切强度,大于断层面积纤维比例分别为43.91%、34.92%的竹青和竹黄;3个剪切面的载荷-位移曲线趋势相似,但竹肉最大载荷和破坏时的位移,都大于竹青和竹黄;这与竹材的两相复合材料结构及纤维和薄壁组织构成的强弱相界面特性相关。竹青破坏方式以纤维间界面剥离为主,竹黄以薄壁组织破坏为主,而竹肉破坏模式则为纤维束剥离和薄壁组织破坏的复合模式。说明合适比例的纤维细胞和薄壁组织,有利于增强竹材的顺纹剪切强度。