分形理論在木材斷裂研究中的應用.pdf

1、本論文嘗試將分形理論應用于木材斷口分析，探討了分形維數與木材力學性能之間的關系，研究工作由三個部分組成。 第一部分研究了木材LT型裂紋對木材橫紋理彎曲性能的影響，在對樺木、水曲柳、核桃楸的研究中，發(fā)現含LT型裂紋的橫梁在彎曲載荷的作用下，其彎曲性能會有一定程度的下降，但降幅并不明顯。 第二部分分析了木材破壞斷口分形特性與力學性能之間的關系。在材料學研究中，對斷口分形維數的計算，通常采用“垂直截面法”和“小島法”，而垂直截

2、面法的誤差較大，且不具有代表性，所以本文采用了“小島法”，并在提取了斷口橫截面的分形曲線后，用“面積-周長”法計算了其分形維數，從而證實了木材斷口也具有分形特性。在對木材斷口分形維數與力學性能的相關分析中發(fā)現，木材斷口分形維數與斷裂韌性呈正相關的關系，這不同于材料學者所認為的脆性材料分形維數與斷裂韌性成正比，塑性材料分形維數與斷裂韌性成反比的傳統(tǒng)觀點，之所以出現這種情況，與木材本身為各向異性的生物高分子材料的特殊結構有關，還有待于進一步

3、的探討和研究；另外，發(fā)現分形維數與抗彎彈性模量、抗彎強度之間存在正相關趨勢。對于沖擊韌性和分形維數的關系，大部分學者認為無論是脆性材料或韌性材料，分形維數與沖擊功之間都出現正相關的關系，但本研究中卻發(fā)現了二者之間的負相關的關系。究其原因，木材本身是非均勻和各向異性的材料，這樣的斷裂試樣必然比一般單一成分材料斷裂情況復雜得多，而且應力集中和缺陷也多得多，單一的分形維數所提供的信息必然是十分有限的，由此設想在測量木材斷口分形維數時應綜合考慮