林业科学

作者：王东1,2,林兰英1,*,傅峰1

单位：1. 中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 1000912. 南京林业大学材料科学与工程学院 南京 210037

关键词：木材,多尺度结构,差异,破坏

基金：国家自然科学基金面上项目(31770597)

木材多尺度结构主要包括纳米级高分子结构、微米级细胞壁多层结构和毫米级生长轮结构。纳米级高分子结构中三大素（纤维素、半纤维素和木质素）性质各异，微米级细胞壁多层结构中细胞壁各层三大素含量和微纤丝角不同，毫米级生长轮结构中细胞类型、大小和排列方向存在差异，这些结构差异均会导致多尺度结构单元之间的力学性质各异。木材破坏过程主要包括初始裂纹萌生和裂纹扩展，裂纹萌生和扩展主要由木材不同尺度单元间结构和力学性质的差异以及木材内部缺陷的不规则演化决定。本研究综述木材不同尺度单元间的结构和力学性质差异，并分析结构差异对木材破坏的影响。同时，提出今后有关木材多尺度结构差异对其破坏影响研究的几点建议：1）深入解译木材微纳结构的性质差异，研究木材三大素的排列取向规律以及木材不同化学组分对外部载荷的响应差异，揭示壁层内三大素的变形机制；研究细胞壁各层化学组分分布以及微纤丝取向不同导致的力学性能差异，分析外载荷作用下各壁层之间存在的应力传递规律；2）研究不同载荷作用下木材生长轮结构和细胞壁结构的裂纹萌生和扩展规律，精准定位木材破坏过程中不同尺度结构的裂纹萌生位置，区分裂纹在不同木材组织内部扩展时破坏断面的细胞破坏模式；3）借助有限元分析等理论方法，研究木材不同尺度单元间结构差异对木材生长轮结构和细胞壁结构上应力分布规律和应力集中位置的影响，揭示木材多尺度结构差异对木材破坏的影响机制。

来源：2020年第8期

《林业科学》期刊编辑部

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