竹细胞、组织的力学行为及其与材料强韧功能的关系

竹子和树木是植物中能够用作结构材料的两种天然材料。与树木相比，竹子在力学性能上的显著优势在于高强高韧，但在组织结构上，竹的构造又较木材规则、简洁，因此，竹材是最早引起人们兴趣并用作仿生研究的植物材料。但在对竹的强韧机理的研究中，人们关注的重点基本上都集中在竹纤维细胞壁的层级结构上，而对竹组织结构的强韧化作用并未作细致的解析。实际上，纤维细胞壁的层级结构是所有植物纤维共同具有的特征，竹之所以具有高强高韧的力学性能除了归因于纤维的优秀性质外，还源自于竹的完美的组织结构。为此，本项目将基于竹细胞力学实验的测试数据与分析，从细胞和组织层次上探寻导致竹材高强高韧优良性能的组成构造因素、计算了竹细胞组织及结构对竹材强度和韧度的贡献，计算了含节竹材与节间材的材性差异以及竹节对强度和韧度的贡献，从对自然材料研究中获得了新的关于材料组成构造与强韧功能关系的认识。