针叶树木材细胞力学及纵向弹性模量计算——纵向弹性模量的理论模型

本文是关于针叶树木材弹性特性研究的理论分析。设定针叶树木材细胞主要由管胞和射线组成 ,根据管胞和射线细胞的解剖构造特征 ,建立了两端劈尖、矩形截面、中空的管胞模型与长方体状、中空的射线细胞模型。沿用MP层 (胞间层 +初生壁 )内与 3S层 (次生壁的S1、S2、S3层 )内力学性质相同 ,而MP与 3S层间力学性质相异的假定 ,利用管胞和射线细胞模型 ,导出了管胞和射线细胞纵向弹性模量的计算公式。同时 ,根据管胞和射线细胞在针叶树木材中的排列规律 ,结合线形弹性体串并联的特性 ,进一步给出了计算针叶树木材试件宏观纵向弹性模量的方法。本项研究从木材细胞的结构和弹性特性出发 ,分析研究针叶树木材的宏观弹性行为 ,一方面可以获得关于针叶树木材弹性特性的认识 ,另一方面可以用于针叶树木材纵向弹性模量的计算和预测。

针叶树木材细胞力学及纵向弹性模量的计算——试件纵向弹性模量的预测

依据针叶树木材管胞和射线细胞的结构模型 ,使用计算机抽样模拟解剖结构参数 ,以及使用针叶树木材纵向弹性模量计算公式和方法 ,计算人工林杉木、马尾松幼龄材和成熟材试件纵向弹性模量 ,计算结果与常温条件下气干试件测定结果十分符合。在试件晚材率和管胞解剖结构参数改变的条件下 ,计算预测了人工林杉木、马尾松幼龄材和成熟材纵向弹性模量的变化。结果表明 :试件纵向弹性模量随晚材率、管胞长度、管胞壁厚度的增加而增加 ,而试件纵向弹性模量随管胞直径增加而减小。本文提出的纵向弹性模量计算的预测方法 ,对于运用现代生物技术控制和改变针叶树木材的材质。