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竹木复合梁层间剪切与弯剪性能试验研究

竹木复合梁层间剪切与弯剪性能试验研究

作者：朱其伟南京林业大学

学位级别：硕士

本文以竹集成材、东北落叶松LVL、聚氨酯结构胶和环氧树脂AB胶为原材料,制作多种类型的新型竹木复合材。通过材性试验、短梁剪切试验与四点弯曲试验对新型竹木复合材的原材料性能、剪切强度与构件弯剪性能进行研究,并使用ABAQUS软件建... 详细信息

本文以竹集成材、东北落叶松LVL、聚氨酯结构胶和环氧树脂AB胶为原材料,制作多种类型的新型竹木复合材。通过材性试验、短梁剪切试验与四点弯曲试验对新型竹木复合材的原材料性能、剪切强度与构件弯剪性能进行研究,并使用ABAQUS软件建立新型竹木复合材受弯构件的有限元分析模型,探究使用有限元数值模拟分析复合材构件承载力的准确性。本文的主要结论如下:(1)竹集成材与东北落叶松LVL的材性试验结果表明,两种材料性能稳定,竹集成材各项强度均高于落叶松LVL,含水率均在8%～12%之间满足制造工艺要求。(2)可采用组合梁理论计算竹木复合梁理论剪切承载力。将竹集成材根据弹性模量之比等效为落叶松LVL截面,再以中性轴处达到材料剪切强度为破坏准则计算竹木复合梁的理论剪切承载力。以此方法计算得出的各复合梁理论承载力与试验实测值相比最大误差不超过10%,说明采用等效截面法具有较高的准确性。(3)弯剪试验的主要破坏形态为剪切破坏,其破坏过程与短梁剪切试验类似,但是承载力较短梁剪切试验更低。弯剪试验测得的落叶松剪切强度低于短梁法测值,因此按照组合截面计算弯剪承载力时因按一定的折减系数对计算公式进行修正。(4)使用ABAQUS软件对各组竹木复合梁构件的四点弯曲试验的模拟结果表明,各组试件最大应力均未达到材料的屈服强度,而梁的弯剪段内中性轴处产生剪应力集中区域,最大剪应力达到剪切强度,试件发生剪切破坏,与试验现象一致。有限元分析得到的荷载-位移曲线计算值与试验得到的试验值具有较高的吻合度,有限元模型的准确性较高,可以用来模拟竹木复合梁的剪切破坏过程。

关键词：竹木复合剪切破坏弯剪性能试验研究有限元分析

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竹木复合建筑模板制备工艺研究

竹木复合建筑模板制备工艺研究

作者：吴逸飞中南林业科技大学

学位级别：硕士

建筑模板是保证混凝土工程质量与施工安全、加快施工进度和降低工程成本的重要工具,竹材与木材等可再生的生物材料在建筑模板领域发挥着至关重要作用。但木模板制备受限于大径级原木资源,竹模板生产需要去竹青竹黄、竹篾编帘等工序存在... 详细信息

建筑模板是保证混凝土工程质量与施工安全、加快施工进度和降低工程成本的重要工具,竹材与木材等可再生的生物材料在建筑模板领域发挥着至关重要作用。但木模板制备受限于大径级原木资源,竹模板生产需要去竹青竹黄、竹篾编帘等工序存在着原材料利用率低、生产成本高等问题,严重制约了竹木建筑模板行业的高效发展。本课题改变传统弦向竹篾去青去黄和编帘工艺,而是以疏解径向竹束与木单板复合组坯,系统探究竹木组坯方式对模板性能的影响,并对最优组坯方式的竹木复合新型建筑模板的热压成型工艺进行优化。同时,探究了浸渍纸和玻璃纤维等覆面材料对模板性能的影响。主要研究工作和结果如下:(1)利用Box-Behnken Design试验设计和响应面分析法,探究了模板密度、竹束比例和竹束含水率对竹木复合建筑模板物理及力学性能的影响,获得不同质量要求的建筑模板最优组坯工艺。结果表明:竹木复合建筑模板组坯工艺的响应面力学模型精度较高,可以定量分析密度、竹束比例和含水率对竹木复合模板横顺纹弹性模量和静曲强度的影响规律。结合RSM响应面优化法获得高质量模板和达标质量模板最优组坯工艺,达标质量模板最优组坯工艺为0.70g/cm3、竹束比例40.00%、竹束含水率5.96%;高质量模板最优组坯工艺为密度0.83g/cm3、竹束比例53.94%、竹束含水率10.35%。(2)基于优化的最佳组坯方式,通过单因素试验和响应面试验方法,系统研究了热压压力、热压时间和热压温度对模板物理力学性能的影响。结果表明:随着温度、压力和时间的增加模板力学强度整体呈现先升高后降低趋势,静曲强度和弹性模量在115-135℃区间内增幅分别为56.47%、22.66%,静曲强度和弹性模量在15-20min区间内的增幅分别为146.71%、39.17%,静曲强度和弹性模量在1-3MPa区间内增幅分别为37.32%、47.56%;基于响应面试验获得竹木复合模板最佳热压成型工艺参数为3MPa、135℃、20min,检验得出纵横静曲强度和纵横弹性模量的平均值分别为121.67MPa、76.54MPa、12598MPa、6657MPa,达到国家标准GB/T17656-2018规定的指标要求。(3)基于优化最优成型工艺,分别采用浸渍胶膜纸和玻璃纤维对竹木复合建筑模板进行覆面处理,探究覆面材料对模板力学性能、表面耐磨性、表面润湿性的影响,结果表明:玻璃纤维覆面的模板较浸渍纸覆面的模板的静曲强度更高,浸渍纸和玻璃纤维覆面的模板弹性模量相差不大;浸渍纸覆面的模板纵横弹性模量较素板分别高出28.05%、38.07%,玻璃纤维覆面的模板纵横静曲强度较素板分别高出49.76%、79.35%;覆面后的竹木复合建筑模板均达到了国标浸渍剥离率小于1/3的要求;浸渍纸覆面模板的磨耗值为8mg/100r,玻璃纤维覆面的磨耗值为7 mg/100r,较素面模板分别提高了 11.11%和22.22%;浸渍纸覆面模板较玻璃纤维覆面模板相比具有更强的亲水性。玻璃纤维覆面的竹木复合建筑模板强度更高耐磨性更强,疏水性更好。通过与未覆面的普通木模板经济分析比较发现覆面后的模板周转次数较高,增大了模板的利用率;而浸渍纸覆面较玻璃纤维覆面工艺更简单、价格更便宜。

关键词：竹木复合建筑模板响应面优化工艺

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LVL结构调控及应用研究进展

林产工业 2024年第5期61卷 70-76页

作者：陈武黄素涌王建和卫佩行王兴宇西南林业大学材料与化学工程学院云南昆明650224 宁波中加低碳新技术研究院有限公司浙江宁波315600 江苏农林职业技术学院江苏句容212400

在我国木材资源紧缺、人工林材质较差、而竹材资源较为丰富的背景下,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)作为一种生物质工程材料,具备高效利用现有资源的优势,并且以其出色的力学性能可实现标准化、系列化生产,展现出广阔的应用... 详细信息

在我国木材资源紧缺、人工林材质较差、而竹材资源较为丰富的背景下,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)作为一种生物质工程材料,具备高效利用现有资源的优势,并且以其出色的力学性能可实现标准化、系列化生产,展现出广阔的应用前景。本文结合我国人造板产业的发展现况,概述了LVL的起源和发展,着重从复合材料力学性能的角度分析了LVL的结构特点,对单板分等和LVL组坯特点进行了介绍。同时,综述了酚醛树脂浸渍和纤维材料复合两种LVL增强方式。最后,对比讨论了国内外LVL的评价标准,并针对我国木结构建筑产业的发展现状和LVL应用过程中存在的问题,提出了若干建议。

关键词：单板层积材单板分等竹木复合复合材料增强胶合性能

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竹木复合定向刨花板的性能及胶合界面研究

中国人造板 2022年第12期29卷 7-10页

作者：孙玉慧龚靖雅张亚慧葛立军于文吉中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 寿光市鲁丽木业股份有限公司山东寿光262700

为提高我国现有定向刨花板的物理力学性能,本研究将竹刨花与木刨花混合,制备了竹木复合定向刨花板。研究发现,竹材的加入对板材静曲强度增加较明显,并且随着密度的增加竹材的贡献率增加,但竹材的加入整体上对弹性模量、抗压强度和剪切... 详细信息

为提高我国现有定向刨花板的物理力学性能,本研究将竹刨花与木刨花混合,制备了竹木复合定向刨花板。研究发现,竹材的加入对板材静曲强度增加较明显,并且随着密度的增加竹材的贡献率增加,但竹材的加入整体上对弹性模量、抗压强度和剪切强度影响不大。通过显微镜观测到胶黏剂能够很好地渗透入竹木细胞中,形成良好的胶合界面作用。

关键词：竹木复合定向刨花板性能胶合界面

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竹木复合建筑模板制备工艺研究

中国建材科技 2022年第2期31卷 64-69页

作者：吴逸飞郝晓峰丁宇中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

探究不同的竹木组坯方式对竹木复合建筑模板力学性能的影响。结果显示,竹束占比约50%的竹木复合建筑模板性能最好,此时的静曲强度和弹性模量分别超过70MPa、7000MPa,胶合强度为6MPa以上,均超过建筑模板的企业技术指标要求。其他组坯方... 详细信息

探究不同的竹木组坯方式对竹木复合建筑模板力学性能的影响。结果显示,竹束占比约50%的竹木复合建筑模板性能最好,此时的静曲强度和弹性模量分别超过70MPa、7000MPa,胶合强度为6MPa以上,均超过建筑模板的企业技术指标要求。其他组坯方式的竹木复合建筑模板也大多能达到强度要求。可为开发性能更好的竹木复合建筑模板提供理论参考与数据支撑。

关键词：竹木复合建筑模板力学性能

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竹木复合积成材生产工艺研究

林产工业 2007年第5期34卷 26-29页

作者：刘志坤胡娜娜浙江林学院工程学院教授临安311300

以杉木制材边皮经梳解获得的木束条和刨切薄竹过程中产生的废料为原料,选用酚醛树脂胶黏剂,探讨竹木复合积成材生产工艺及各因素对复合材料性能的影响。结果表明,随着竹片废料用量的增加,竹木复合积成材的各项性能均有不同程度的提高;... 详细信息

以杉木制材边皮经梳解获得的木束条和刨切薄竹过程中产生的废料为原料,选用酚醛树脂胶黏剂,探讨竹木复合积成材生产工艺及各因素对复合材料性能的影响。结果表明,随着竹片废料用量的增加,竹木复合积成材的各项性能均有不同程度的提高;竹木混杂比、木束条粗细及比例和板密度对积成材静曲强度和弹性模量的影响较大;木束条施胶量对积成材吸水厚度膨胀率和内结合强度的影响较大。

关键词：木束条积成材竹木复合性能

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竹木复合胶合板二次覆面工艺研究

林业科技 2005年第6期30卷 40-42页

作者：喻云水中南林学院湖南株洲412006

针对目前国内竹胶合板建筑模板普遍存在厚度公差大、表面质量差等严重影响产品质量的问题,进行了竹木复合和二次覆面工艺的探索。研究结果表明:产品厚度公差和表面质量以及主要物理力学性能达到或超过竹胶合板模板JG/T156-2004标准优等... 详细信息

针对目前国内竹胶合板建筑模板普遍存在厚度公差大、表面质量差等严重影响产品质量的问题,进行了竹木复合和二次覆面工艺的探索。研究结果表明:产品厚度公差和表面质量以及主要物理力学性能达到或超过竹胶合板模板JG/T156-2004标准优等品质量要求。

关键词：竹木复合二次覆面表面质量厚度公差

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竹木复合集装箱底板结构与胶合工艺研究

竹木复合集装箱底板结构与胶合工艺研究

作者：何文南京林业大学

学位级别：硕士

首先从复合材料的基础理论着手,对以我国资源丰富的毛竹和南方型杨木(意杨)为原料复合的集装箱底板的表层材料(竹帘板)、芯层材料(杨木单板),结构设计以及胶合工艺进行了研究,得到如下结论:　1.　　在前人对竹木复合集装箱底板研究的基... 详细信息

首先从复合材料的基础理论着手,对以我国资源丰富的毛竹和南方型杨木(意杨)为原料复合的集装箱底板的表层材料(竹帘板)、芯层材料(杨木单板),结构设计以及胶合工艺进行了研究,得到如下结论:　1.　　在前人对竹木复合集装箱底板研究的基础上,结合毛竹与南方型杨木的材性,证实了毛竹与南方型杨木复合制造集装箱底板的可行性,并在此基础上,应用复合材料层合板理论中的刚度理论,推导出竹木复合集装箱底板的弹性模量的预测模型。　2.　　根据复合材料层合板理论中的表层材料力学性能越好,对整个层合板的力学性能贡献越大的理论,用一定厚度的竹帘按照一定的组坯方式,采用正交设计方案对热压工艺进行优化,最后得出用六层0.8mm 厚的竹帘按照表面四层纵向竹帘和底层两层横向竹帘的组坯方式,在热压压力:5MPa、时间:8Min、温度:140℃的热压工艺下可以制成纵横向弹性模量分别为:13558MPa、5430MPa;纵横向静曲强度为:180MPa、110MPa 的表层材料(竹帘板)。　3.　　通过对芯层材料(单板)不同压缩率下与其力学性能的关系的研究中发现:杨木胶合板随着压缩率增加,其密度、弹性模量和静曲强度都逐渐增加,在压缩率从0.54%到22.64%时,强度和弹性模量都逐渐均匀递增,增加幅度较大;当压缩率从22.64%达到28.62%时,虽然强度和弹性模量也逐渐增加,但是增加幅度非常缓慢。同时用上面研制出的竹帘板对杨木胶合板进行覆面,研究中发现,竹帘对竹木复合胶合板的力学性能的影响是显著的。在杨木胶合板的压缩率从0.54%增加到18.04%时,竹木复合胶合板的强度和弹性模量逐渐增大,增长效果也最显著,随着压缩率的继续增加,竹木复合胶合板的强度和弹性模量增长值逐渐减小。　4.　　应用1 中推导出的竹木复合集装箱底板弹性模量的预测模型,以及上面研制出的竹帘板和芯层材料压缩率与力学性能的关系,对底板进行结构设计,根据预测值从中寻求出合理的结构,然后按照二次成型的热压工艺进行热压,最后得到结构[0bc/0/0/0/0/90/0/90/0/0c]s 的底板, 该底板纵横向强度达到104MPa、43MPa,纵横向弹性模量达到10629MPa、3611MPa,密度为0.8　g/cm3,完全满足集装箱底板所要求的力学性能。

关键词：竹帘板南方型杨木竹木复合集装箱底板预测模型

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竹木复合强化单板层积材的研究

竹木复合强化单板层积材的研究

作者：王小青北京林业大学

学位级别：硕士

本研究是在实验室的条件下，以杨木单板和竹帘为主要原料，水溶性低分子量酚醛树脂为胶粘剂，来制备竹木复合强化单板层积材;以杨木单板厚度、树脂浓度、压缩率、组坯方式、热压时间、热压温度6个因子为变量因子，建立材料的性能与工艺... 详细信息

本研究是在实验室的条件下，以杨木单板和竹帘为主要原料，水溶性低分子量酚醛树脂为胶粘剂，来制备竹木复合强化单板层积材;以杨木单板厚度、树脂浓度、压缩率、组坯方式、热压时间、热压温度6个因子为变量因子，建立材料的性能与工艺因子的关系，找出制备的最佳工艺参数;同时，对材料的涂饰性能进行了研究。研究结果表明制备复合材料的最佳工艺参数为：杨木单板厚度为2.6 mm，水溶性低分子量酚醛树脂浓度为20％，组坯方式是将竹帘置于材料外层，压缩率为30％，热压时间为10min，热压温度140℃。最佳工艺条件下制备的复合材料性能指标如下：弹性模量(MOE)为18.75GPa，静曲强度(MOR)为185.34MPa，吸水厚度膨胀率(TS)为2.1％，吸水率(WAR)为25.4％，且没有发生浸渍剥离，其力学性能超过了日本“集成材及构造用集成材”JAS标准中的最高等级。材料的涂饰性能研究结果表明：材料的油漆耐磨性均达到或超过国家同类标准GB／T15036.1-2001《实木地板》的要求;材料的漆膜附着力均达到了国家标准GB／T9286-1998的指标要求。

关键词：竹木复合单板层积材酚醛树脂浸渍组坯