不同构型集成竹格栅夹芯板抗弯性能

摘要

【目的】针对集成竹利用效率不高，使用形式较为单一的问题，探索其轻质、高效特性的先进结构形式，这对推动竹材在工程领域的应用方面具有重要意义。本研究旨在探究不同构型格栅芯体对集成竹格栅夹芯板弯曲性能的影响，选出不同格栅构型中抗弯性能最优的结构，为其在实际工程的应用提供理论依据。【方法】以集成竹为原材料，通过嵌锁法分别设计加工3种具有不同构型（三角形格栅、方形格栅和Kagome形格栅）的集成竹格栅夹芯板。对不同格栅芯体的集成竹格栅夹芯板进行四点弯曲试验，探讨夹芯板结构的受弯性能，分析夹芯板结构在受弯荷载下的破坏机理、跨中挠度、抗弯刚度和极限承载力的变化规律，并对3种不同芯体集成竹格栅夹芯板结构的比强度和比刚度进行对比。同时，采用有限元方法建立集成竹格栅夹芯板四点弯曲试验模型，并进行数值模拟分析。【结果】3种不同构型格栅芯体的集成竹格栅夹芯板结构在受弯加载过程中均表现为剪切破坏。三角形集成竹格栅夹芯板的承载能力最好，三角形和Kagome形格栅极限承载力分别为38.7和27.5 kN，较极限承载力22.5 kN的方形格栅增加了71.9%和22.2%；同时三角形集成竹格栅夹芯板的比强度为133.5 kN·m/kg，较方形（94.6 kN·m/kg）和Kagome形（96.7 kN·m/kg）分别提高了41.2%和38.1%。有限元模型的模拟结果与试验结果较一致，能有效预测集成竹格栅夹芯板的弯曲性能。【结论】3种格栅构型中三角形集成竹夹芯板弯曲性能最优，能够更好地发挥集成竹轻质高强的性能优势。研究结果可为竹材在工程领域的应用提供一种高效的结构形式及理论依据。

关键词

结构板材 / 有限元法 / 失效模式 / 弯曲强度 / 集成竹夹芯板 / 格栅构型