竹的功能分级结构的不对称弯曲行为:潜在机制

作为地球上最可再生的资源之一，竹子近年来因其在可持续结构方面的应用而引起了越来越多的兴趣。独特的功能梯度(FG)层次结构使竹子具有优越的机械性能，也使其成为先进材料设计中仿生目的的优秀候选者。然而，尽管有充分的文献记载，令人印象深刻的机械特性，但竹子弯曲行为的有趣不对称性及其潜在机制尚未完全理解。本文采用多尺度力学表征技术，借助先进的环境扫描电子显微镜(ESEM)研究了天然竹材在不同载荷配置下，在“弹性弯曲”和“断裂破坏”阶段的不对称弯曲响应，以及各自在微观结构水平上的变形机制。结果表明，维管束沿厚度方向的梯度分布是造成这种不对称的主要原因，而纤维/薄壁细胞的分层结构在决定不同破坏机制的主导因素中起着重要作用。采用数值模型验证了竹材的有效弯曲模量与FG参数的关系，并通过单轴加载试验对竹材试件的拉压不对称性进行了评估，进一步了解了不同弯曲状态下竹材外层和内层的微观结构演变。这项工作可以为新型竹基复合材料的加工提供见解，并使具有理想弯曲性能的先进结构材料的仿生设计成为可能。

Acta Biomaterialia，卷16， 2015年4月1日，第178-186页

链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706115000483