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户外竹材何以媲美钢材

文章出处:本站    人气:    发表时间:2019-09-17 07:38

竹材是一种坚韧、轻质的天然环保型材料,近些年,它以其优越的物理性能,应用范围被不断拓宽。由起先的竹地板到汽车零部件,竹材在尝试进入更多新兴领域。

户外竹材

近年,来自日本北海道大学、熊本县立大学和山梨大学的研究人员通过研究竹材的纤维分布特性获得了设计轻质高强的圆筒形复合材料的思路。

架构上来看,竹子是一种纤维增强复合材料,由两种主要的组织组成: 作为增强作用的纤维(维管束) 和作为基体的薄壁细胞.这些纤维有很强的刚性,可以与钢筋媲美。为了识别竹材茎秆中增强纤维的分布特性与竹秆抗弯刚度之间的关系,研究人员研究了竹材横截面中的纤维分布。

研究发现,竹材横截面木质部分中的纤维分布是不均匀的。纤维密度从内到外逐渐变大,呈偏分布状态,这表明竹材外部的机械性能比内部强。这也是竹子能够抵御强烈侧风的原因。将真实的竹材纤维分布的数据与理论上推导出的最佳纤维分布数据进行比较发现,两者相差无几。在发现有大量纤维的竹秆基部的地方,实际的纤维分布符合理论推导出的二次型梯度分布;在相对于秆基部具有较少纤维的竹秆梢部,实际数据符合理论上计算的线性分布。

研究人员发现,竹子能够自然优化纤维的分布以使其以最小的体积具有最大化的抗弯刚度。由此得到启发,可以通过模仿竹材的纤维梯度分布,开发出轻质高强的圆筒形复合材料。近年来,模拟动物和植物生存条件的仿生学解决了新型材料开发中的许多问题,竹材轻质高强特性在新材料开发中的应用是植物仿生学应用的又一例证。

户外竹材的韧性让它的应用范围会不断拓宽,未来随着技术的不断革新,替代刚才也不是完全不可能的事情。



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