Effet de la flexion sur la densité de distribution radiale, MFA et MOE du bambou courbé

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8610 (2022) Citer cet article

944 accès

2 Citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

L'une des excellentes caractéristiques du bambou est la stabilité à la déformation. Cependant, les raisons de la bonne stabilité à la flexion du bambou n'ont pas été bien étudiées. Dans cette étude, nous avons examiné les voies qui contrôlent la déformation en flexion du bambou. Un élément de phyllostachys iridescens plié à la main a été choisi pour examiner la distribution continue de la densité, l'angle des microfibrilles (MFA) et le module d'élasticité (MOE) le long de la direction radiale à l'aide de l'analyse SilviScan. Nos résultats montrent que dans le bambou courbé, le MFA est plus faible dans l'échantillon de tension et plus élevé dans l'échantillon de compression que l'échantillon neutre. Il existe une forte corrélation positive linéaire entre la densité et la MOE, tandis qu'une corrélation linéaire négative entre la MOE et la MFA et aucune corrélation linéaire évidente entre la MFA et la densité. L'augmentation de la flexion a eu une influence principalement sur la modification du MOE, tout en modifiant également la distribution de la densité et la MFA. Nos résultats démontrent une variation de la densité, de la distribution MOE et MFA le long de la direction radiale des échantillons de tension, neutre et de compression, qui jouent un rôle important dans le maintien des caractéristiques de flexion du bambou.

Les éléments de flexion sont largement utilisés dans les structures, telles que les bâtiments, les ponts, les meubles et d'autres domaines. Les bois pliés sont généralement fabriqués à partir de bois droits, qui ont la capacité de rebondir lorsque l'état d'origine change. Cependant, les défauts de flexion, tels que les plis1,2, la déformation de la section transversale3,4,5 et les variations d'épaisseur de paroi6 peuvent avoir un impact négatif sur le processus de flexion7 et la sécurité et la durée de vie des composants de flexion. Par conséquent, les tests, l'évaluation et l'analyse des défauts de flexion jouent un rôle important dans l'application des éléments pliés.

Bien qu'il y ait eu beaucoup de recherches sur l'élimination des défauts de flexion8, la précision de la flexion de la forme9 et la structure cristalline dans la zone de flexion10, en particulier pour les métaux, peu de recherches ont été rapportées sur les caractéristiques de flexion du bambou à l'heure actuelle. C'est principalement parce que l'application pratique du bambou est très limitée. Récemment, davantage de recherches sont en cours pour examiner l'utilisation potentielle du bambou en raison des préoccupations environnementales croissantes associées à la production d'acier. Le bambou a progressivement été utilisé dans l'architecture moderne11, comme le restaurant Roc Von à Hanoï, au Vietnam, et pour d'autres nécessités quotidiennes12, comme les tasses en bambou. Cependant, les éléments de flexion peuvent tirer pleinement parti de l'excellente propriété de flexion du bambou ; la recherche sur les caractéristiques de cintrage du bambou est très limitée pour soutenir la mécanisation et l'industrialisation du bambou en tant que matériau de cintrage. Les caractéristiques de retour élastique dans le matériau de la biomasse étaient considérées comme plus universelles que le métal et/ou le plastique, car les cavités et les groupes hydroxyles hydrophiles peuvent favoriser l'absorption d'eau et la capacité d'expansion13. Alors que le bambou montre également une bonne forme de flexion et une bonne stabilité dans la pratique, peu de recherches ont été menées pour identifier son plein potentiel pour remplacer ou compléter les matériaux de la biomasse. En raison des structures creuses, les tubes de bambou ont une meilleure forme de flexion qui permet plus de stabilité que l'acier solide. Cependant, la structure creuse n'est pas le seul attribut qui affecte la stabilité et il existe de grandes différences dans d'autres caractéristiques entre le bambou et l'acier. Le bambou a une structure hiérarchique et anisotrope, qui a montré différentes caractéristiques dans différentes directions14,15. De plus, le bambou développe des caractéristiques inégales lorsque la distribution de densité change radialement de la peau extérieure à la peau intérieure16, ce qui complique encore l'utilisation du bambou comme matériau de flexion par rapport aux métaux.

Le bambou devrait être un choix souhaitable pour fabriquer des éléments de flexion si le traitement industrialisé et les applications commerciales à grande échelle sont promus. Compte tenu de sa croissance rapide et de sa faible consommation d'énergie, le bambou peut probablement remplacer les métaux et autres produits de la biomasse en tant qu'élément de flexion pour une application commerciale à grande échelle. Dans cette étude, nous avons utilisé du bambou, qui a été plié par une méthode de chauffage au feu faite à la main pour examiner le comportement de retour élastique du bambou dans différentes conditions d'humidité. Nous avons également évalué le comportement de retour élastique du bambou courbé en examinant les changements dans la distribution de la densité radiale, ainsi que l'angle des microfibrilles (MFA) et le module d'élasticité (MOE) des côtés intérieur, moyen et extérieur de la section transversale. Notre objectif principal est d'examiner comment la flexion affecte le bambou et de fournir des directives importantes pour la réalisation de l'industrialisation du bambou.

Dans cette étude, nous avons utilisé Phyllostachys iridescens obtenu auprès de Suoshi Bamboo Inc. La plante phyllostachys iridescens utilisée dans cette recherche est une espèce de bambou commerciale très courante, la collection de cette plante est conforme aux directives et législations institutionnelles, nationales et internationales pertinentes, y compris la déclaration de politique de l'UICN sur la recherche impliquant des espèces menacées d'extinction et la Convention sur le commerce des espèces de faune et de flore sauvages menacées d'extinction.

Le bambou avait 3 âges avec une épaisseur de paroi de chaume d'environ 4 mm, du comté de Guangde, province d'Anhui, Chine. Le phyllostachys iridescens a été traité avec un rayon de courbure d'environ 270 mm (Fig. 1a) en chauffant sur une flamme de gaz liquide après l'avoir tenu en main.

Echantillonnage : (a) Bambou courbé ; (b) mesure d'échantillon et de dimension pour le comportement de retour élastique : longueur de corde cl, dl1, dl2, dl3 diamètre long sur les bords gauche, moyen et droit ; et (c) échantillonnage pour l'analyse SilviScan.

Le bambou courbé a été placé dans des dessiccateurs scellés sous trois conditions d'humidité relative différentes en utilisant les solutions salines saturées (tableau 1). Les dessiccateurs ont été maintenus dans la chambre environnementale à 25 ° C pour maintenir une humidité relative constante. La dimension du bambou courbé (Fig. 2) a été mesurée toutes les 24 h pendant 15 fois, puis toutes les 96 h pendant 5 fois, et enfin toutes les 192 h pendant 2 fois qui ont duré au total 47 jours. Cela a été fait en s'assurant que la dimension n'a pas changé de plus de 0,5 % pour les deux dernières fois.

Préparation et test des échantillons : (a) étapes d'échantillonnage à partir de la section de bambou pliée, (b) conservation des échantillons pendant les tests.

La dimension définie comme sur la figure 1b a été mesurée. Le comportement de retour élastique du bambou courbé a été calculé comme suit :

où \(R{c}_{l}\), \(R{d}_{l/s}\) sont le rapport de variation de la longueur de la corde et le rapport du diamètre long au diamètre court avec le temps ; respectivement. L'indice \(n\) représente le nombre de mesures après que le bambou plié a été conservé dans le dessiccateur avec une solution saline saturée, tandis que \(0\) est la valeur d'origine.

Trois échantillons des côtés intérieur, moyen et extérieur du bambou courbé ont été préparés pour les tests. Sur la base de l'état d'équilibre des contraintes dans l'anneau de bambou, les côtés intérieur, central et extérieur des échantillons de bambou courbés ont subi respectivement des contraintes de compression, neutres et de tension (Figs. 1c, 2a). Les trois emplacements ont été marqués en couleur et une section de 12 mm longitudinalement et d'environ 4/5 de circonférence a été extraite du chaume (Fig. 2a). À chaque emplacement marqué de couleur, un morceau de 6 mm (tangentiellement) a été coupé avec une lame fine et tranchante. Les échantillons comprenaient le côté compression (C), le côté neutre (N) et le côté tension (T). Les morceaux ont ensuite été découpés en bandes de 2 mm (tangentiellement) × 7 mm (longitudinalement) × épaisseur réelle (radialement) à l'aide de scies à double lame.

L'analyse SilviScan a été utilisée pour mesurer la distribution de densité radiale. Une densitométrie a été effectuée sur la surface longitudinale des bandes pour fournir une densité à une résolution de 25 μm. La densité de bambou pour chaque bande a été scannée à l'aide de la densitométrie aux rayons X. La mesure densitométrique suit la loi de Beer, qui stipule que l'intensité d'un faisceau de rayons X qui traverse un échantillon diminue de manière exponentielle avec l'épaisseur de l'échantillon, et l'étendue de l'atténuation est liée à la densité de l'échantillon (Eq. 3) :

où \({I}_{0}\) et \(I\) sont l'intensité du faisceau de rayons X incident et transmis ; respectivement, \(D\) et \(T\) sont la densité et l'épaisseur (c'est-à-dire la distance parcourue par les rayons X) de l'échantillon ; respectivement, et \({\mathrm{\alpha }}_{m}\) est le coefficient d'absorption massique.

L'analyse SilviScan a été utilisée pour mesurer la distribution radiale de la MFA. La diffractométrie a été réalisée sur la surface longitudinale à une résolution de 0,1 mm. Chaque bande a été scannée pour MFA en utilisant la diffractométrie des rayons X. La MFA est estimée à l'aide de la relation entre la variance du profil de diffraction azimutale de la (cellulose I (002) et la distribution de l'orientation des microfibrilles. Les diagrammes de diffraction (002) sont obtenus à partir des plans dont la normale est perpendiculaire à l'axe des microfibrilles. Il a été montré que la variance (\({S}^{2}\)) du profil de diffraction azimutale (002) est liée à la MFA (\(\mu \)) et à la variance (\( {\sigma }^{2}\)) de la distribution de l'orientation des microfibrilles comme indiqué ci-dessous17 :

La variance totale du profil (Eq. 4) est estimée en fonction de la MFA moyenne et de la dispersion d'orientation des microfibrilles. La MFA a été acquise en mode intégral, où la MFA est moyennée dans les segments le long de l'échantillon, avec un segment de 0,1 mm.

La densité (D) issue de la densitométrie aux rayons X et le coefficient de variation de l'intensité du profil de diffraction des rayons X (ICV) sont combinés pour calculer la fibre MOE18 :

Le \({I}_{CV}\) est la diffusion des constituants de la paroi cellulaire. Le modèle contient deux constantes d'étalonnage déterminées statistiquement (\(A\) et \(B\)), qui sont insensibles aux espèces et se rapportent à la méthode de résonance sonique utilisée pour l'étalonnage18. Cela implique que la MOE SilviScan calculée représente un état dynamique.

La modification de Rdl / s et Rcl sous différentes humidités relatives avec le temps est illustrée à la Fig. 3. La longueur de la corde et le rapport du diamètre long au diamètre court ont changé de 2% après 47 jours sous 33% HR, 59% HR, 98% HR, ce qui indique que le bambou courbé rebondit peu et a une stabilité dimensionnelle élevée dans des conditions d'humidité faible ou élevée.

Changements de rapport avec le temps pour différentes humidités relatives : (a) rapport du diamètre long au diamètre court (Rdl/s) et (b) longueur de la corde (Rcl).

Contenant de grandes quantités de composés de silicium19, le bambou a une surface lisse et hautement hydrophobe20, ce qui a permis de maintenir la stabilité de la courbure du bambou. Nous avons trouvé des changements dimensionnels limités de Rdl/s, Rcl avec le temps en raison de la récupération de la déformation de la viscose sous forte humidité dans le biomatériau bambou21.

La distribution radiale de la densité, MFA et MOE sur C, N et T de la section de bambou en flexion est illustrée à la Fig. 4. Les résultats montrent que la distribution radiale de la densité, MOE et MFA est similaire, laquelle MOE a augmenté de la couche jaune de bambou (YL) à la couche verte de bambou (GL), tandis que la MFA est beaucoup plus élevée en YL par rapport à GL pour les trois échantillons.

Distribution radiale de la densité, MFA et MOE de YL à GL sur (a) échantillon C, (b) échantillon N et (c) échantillon T.

Les distributions de densité le long de la direction radiale de YL à GL pour les échantillons C, N et T dans le bambou en flexion sont illustrées à la Fig. 5a. Une tendance similaire à l'augmentation de la densité de YL à GL peut être trouvée dans les trois échantillons, la distribution de densité de l'échantillon C étant inférieure à celle de l'échantillon N. Les valeurs de densité moyennes arithmétiques pour les échantillons C, N et T sont calculées comme 720,38 kg/m3, 775,97 kg/m3 et 742,75 kg/m3 séparément, ce qui indique que la densité moyenne des échantillons C et T a diminué par rapport à l'échantillon N dans le bambou courbé. La densité moyenne du bois de compression et de tension différait également de celle du bois de tension, qui montrait une corrélation positive entre la densité et le pourcentage de fibres de bois de tension22,23. La densité est généralement fortement corrélée au retrait du bois24. La diminution de la densité dans la partie compression et tension a été utile pour améliorer la stabilité dimensionnelle du bambou courbé.

Distribution de la densité (a), du MFA (b) et du MOE (c) le long de la direction radiale du jaune de bambou au vert de bambou de différentes parties de la section transversale du bambou.

La contrainte viendrait avec un stress croissant lorsque le matériau subit tout type de force externe. Dans certains cas, la contrainte n'est pas assez importante pour produire une déformation évidente, mais il est difficile de mesurer avec précision la contrainte et la déformation à l'intérieur du bois, du bambou ou d'autres matériaux. En général, lorsqu'il y a une contrainte importante, la déformation est visible et peut être mesurée avec plus de précision. La flexion est une sorte de contrainte évidente, le matériau subissant une charge de flexion entraînant finalement une déformation de la section de flexion25,26. La section du tube passerait de circulaire à elliptique après cintrage27, ce qui est fonction de différents degrés et formes de déformation des pores. Suite à la déformation des pores, la densité de section se redistribue (Fig. 5a), ce qui entraîne une redistribution des contraintes sur la section de flexion des côtés intérieur, central et extérieur28.

La MFA est définie comme une inclinaison des microfibrilles par rapport à l'axe longitudinal, qui joue un rôle important dans la détermination des propriétés mécaniques finales du bambou29 et du bois30. De nombreux facteurs peuvent affecter la MFA dans le bois ou le bambou, tels que les âges29,31, les espèces32 et les emplacements dans la section transversale. 31. Bien que des recherches antérieures aient été menées sur la distribution de l'AMF le long de la direction radiale en choisissant certains points sur la section transversale31, peu de recherches ont été menées pour examiner la distribution continue de l'AMF le long de la direction radiale.

Les distributions MFA le long de la direction radiale à une résolution de 0, 1 mm pour les échantillons C, N et T sont illustrées à la Fig. 5b. Les MFA étaient les plus élevées (38° ~ 48°) à environ 0,2 ~ 0,5 mm près de YL, suivies d'une forte diminution (10° ~ 4°) à une distance de 0,5 ~ 1,8 mm de YL. Une petite augmentation a été observée dans le dernier 1 mm pour C et N, sauf T. Les valeurs moyennes arithmétiques de MFA pour C, N et T sont calculées comme 12,5°, 8,3° et 8,3° dans toute l'épaisseur de la paroi du bambou. Bien que la MFA ait montré presque la même valeur moyenne arithmétique dans les échantillons N et T, la valeur de la moitié extérieure du mur de bambou près de la partie verte a connu la plus grande force portante32. Le C, N et T près du GL ont été calculés comme 11,0°, 7,5° et 5,0° avec une plus grande distance entre les trois distributions MFA.

Le MFA joue un rôle important dans les propriétés physiques, telles que la résistance à la flexion, le module de Young29, et est également un caractère efficace pour montrer le changement de contrainte interne du bambou. Des études antérieures ont montré une diminution de la MFA avec une augmentation de la contrainte de tension32 et une augmentation de la MFA avec une augmentation de la compression33. Cela concorde avec le résultat de cette étude qui montre que ces changements se sont principalement produits dans la moitié extérieure du mur de bambou. Une diminution de la MFA est représentée par un meilleur alignement de la cellulose le long de la direction de l'axe, ce qui a entraîné une résistance à la traction plus élevée34. De même, une augmentation de la MFA est représentée par une augmentation de la compression longitudinale, ce qui a entraîné une meilleure aptitude à la flexion35. Cette tendance changeante de la MFA dans la moitié extérieure des murs T et C indique que le bambou a une bonne stabilité à la flexion.

Les matériaux subissent des contraintes intérieures lorsque la flexion est effectuée avec une force de chargement externe. Cependant, lorsque la force externe est supprimée, il y aurait une tendance de retour élastique pour le matériau de flexion causée par la contrainte intérieure. Cette propriété de retour élastique de flexion peut être modifiée par le rayon de courbure36,37, la méthode de flexion37 et les propriétés mécaniques du matériau de flexion38,39. En tant que l'une des propriétés mécaniques les plus importantes, le MOE a une corrélation négative avec la propriété de retour élastique en flexion pour les éléments en flexion40,41.

La distribution inégale des MOE pour les pièces C, N et T le long de la direction radiale est illustrée à la Fig. 5c. La MOE augmente avec l'augmentation de la distance entre YL et GL pour ces trois échantillons. Les changements de MOE sont relativement faibles au début, suivis de changements importants au milieu et finissent par chuter à nouveau dans les derniers 0,2 mm. La valeur MOE diffère dans l'ordre de T > N > C, dont la valeur moyenne arithmétique est calculée comme 15,72 GPa, 13,58 GPa et 10,14 GPa, respectivement. Les valeurs moyennes arithmétiques de T, N et C étaient de 6,73 GPa, 6,13 GPa et 4,22 GPa pour la première moitié de la paroi du tube (près de YL) tandis que 24,44 GPa, 20,81 GPa et 15,90 GPa pour la seconde moitié (près de GL). Il y a une plus grande différence sur la dernière demi-paroi du tube que sur la première demi-paroi du tube, tandis que la dernière demi-paroi du tube supporte une contrainte plus élevée que la première demi-paroi du tube lors de la flexion.

Nos résultats montrent que la flexion a un effet sur le MOE de la section de flexion. La valeur MOE se déplace à la fois pour les parties en tension et en compression par rapport à la partie neutre (Fig. 5c), ce qui est probablement dû à des changements microstructuraux sous contrainte de flexion. Par exemple, l'orientation des fibres et le degré d'orientation cristalline augmenteraient pendant la tension, tout en diminuant pendant la compression34,42, ce qui est similaire à une augmentation et une diminution du MOE pendant la phase de tension et de compression, respectivement43,44. Le retour élastique du bambou est causé par plusieurs facteurs : (1) répartition inégale des contraintes le long de la section transversale (il y a une contrainte plus élevée dans la paroi extérieure du demi-tube que dans la paroi intérieure)41 ; (2) le MOE plus élevé dans la paroi extérieure du tube que dans l'intérieur ; et (3) le MOE plus élevé dans la première moitié de la paroi du tube de bambou que dans la seconde moitié. Ces caractéristiques pourraient être utiles pour réduire le retour élastique du bambou en flexion.

La corrélation entre la position, la densité, la MFA et le MOE des parties en compression (Fig. 6), neutre (Fig. 7) et en tension (Fig. 8) est établie. Il montre une forte corrélation entre position et densité (R2 = 0,85514 pour C, 0,75553 pour N et 0,79239 pour T), position et MOE (R2 = 0,82656 pour C, 0,85549 pour N et 0,85815 pour T), MOE et densité (R2 = 0,9202 pour C, 0,84819 pour N et 0,928 19 pour T). La forte corrélation entre position et densité, position et MOE est causée par la distribution radiale de la densité (Fig. 5a). La densité est un déterminant important de la résistance du bambou ou du bois18,45, ce qui en fait une forte corrélation avec le MOE.

Corrélation entre position, densité, MFA et MOE de la pièce de compression.

Corrélation entre position, densité, MFA et MOE de la partie neutre.

Corrélation entre position, densité, MFA et MOE de la pièce tendue.

Le MOE est l'une des propriétés mécaniques les plus importantes pour les applications de flexion, qui est influencée par la densité46, MFA47,48. La MFA et la densité peuvent avoir un effet différent sur la MOE et dépendent du type d'espèce. Par exemple, l'AMF et la densité représentent conjointement 96 % de la variation longitudinale de la MOE dans Eucalyptus delegensis49, tandis que l'AMF et la densité représentent séparément 87 % et 81 % de la variation, respectivement50. L'analyse de la relation entre la MFA et la densité a montré une corrélation négative (− 0,59) chez Pinus taeda L.51. De même, MFA et MOE ont montré une plus grande variation le long de la direction radiale (400 kg/m3 ~ 1400 kg/m3 pour la densité, 5° ~ 48° pour MFA et 2 GPa ~ 40 GPa pour MOE (Figs. 6, 7 et 8) que le bois, indiquant que les corrélations entre la densité, MFA et MOE pour la partie C, N et T dans le pliage du bambou, pourraient différer avec le bois.

Nous avons trouvé une bonne corrélation linéaire entre le MOE et la densité, comme le montrent les Fig. 6n, 7n, 8n et 9a, avec une proportion de variance de R2 = 0,9202, 0,84819 et 0,92819 pour les parties C, N et N respectivement (Figs. 6, 7, 8, 9). Cette proportion de variance est supérieure à R2 = 0,54 dans le bambou moso, où la densité et la MOE ont été estimées à l'aide de la technique de résistance au forage et du test de flexion statique ; respectivement52. De même, il montre R2 = 0,47 chez le chêne blanc, où la densité et la MOE ont été analysées à l'aide de SilviScan, et R2 = 0,70 chez E. delegensis, où la densité et la MOE ont été estimées à l'aide de SilviScan et des tests de vibration, respectivement49. La pente du MOE à la densité est de 0,03202, 0,04097 et 0,04501 pour la partie compression, neutre et tension ; respectivement, ce qui indique que MOE est plus sensible à la densité pendant la traction que la compression.

Corrélation entre (a) MOE et densité, (b) MOE et MFA, et (c) MFA et densité, de différentes parties de la section transversale du bambou.

Bien que nous ayons trouvé une forte corrélation linéaire entre MOE et densité, il y avait une corrélation négative entre MOE et MFA, comme le montre la figure 9b. Nos résultats montrent le R2 = 0,42835 pour la partie tension lorsque la fonction expdec1 a été utilisée. Cependant, la corrélation était faible à insignifiante dans les échantillons neutres (R2 = - 0,00937) et de compression (R2 = 0,04631), ce qui indique que le MOE est plus sensible à la densité dans la partie tension par rapport à la partie neutre et compression.

Nous avons également trouvé un point "d'impact diminuant", où le MOE ne réduit pas davantage au-delà du certain point de l'AMF. Le point de "diminution de l'impact" semble être de 16° dans trois types d'espèces d'eucalyptus (E. globulus cultivé en plantation, E. nitens et E. regnans)50. Dans cette étude, le point de "diminution de l'impact" du bambou en flexion variait à mesure que la position de la section changeait. Les points de "diminution de l'impact" étaient de 17,2°, 16,8° et 13,8° pour les parties tension, neutre et compression séparément.

Une étude précédente a montré une corrélation négative entre la MFA et la densité chez ineucalyptus globulus (r = − 0,66) et Pinus taeda L. (r = − 0,59)53. Dans cette étude, il n'y avait pas de corrélation linéaire évidente entre la MFA et la densité, comme le montrent les Fig. 6j, 7j, 8j et 9c. Avec certains points spécifiques de valeur MFA élevée lorsque la densité est inférieure à 800 kg/m3, la MFA tend vers une constante lorsque la densité change. Après avoir supprimé les points "diminution de l'impact" et supérieurs, la valeur moyenne de l'algèbre MFA était de 6,0°, 6,9° et 8,5° pour la tension, la partie neutre et la partie compression, respectivement. Cela montre que le MFA diminue sous tension et augmente sous compression, ce qui est cohérent avec la tendance changeante du MFA en tension et en compression par rapport au bois normal54,55.

Dans cette étude, nous avons analysé la distribution de densité, MFA et MOE pour évaluer la stabilité à la flexion du bambou. Nous avons constaté que la densité augmentait principalement de YL à GL. Nos résultats ont également montré une diminution de la densité moyenne pour la partie en compression (720,38 kg/m3) et en tension (742,75 kg/m3) par rapport à la partie neutre (775,97 kg/m3). L'analyse de la MFA a montré une variation de 4° à 48° le long de la direction radiale, avec la valeur la plus élevée (38° ~ 48°) à environ 0,2 mm ~ 0,5 mm près du bambou jaune. La MFA a décliné à 4° ~ 10° en environ 0,5 mm à 1,8 mm. De plus, nous avons trouvé une augmentation de MFA sous l'échantillon de tension tandis que MFA diminuait sous l'échantillon de compression (11, 0 °, 7, 5 ° et 5, 0 ° pour les parties C, N et T séparément). Le MOE a également augmenté de YL à GL, avec l'ordre de T > N > C. Les différences de valeur de MOE sont devenues de plus en plus importantes, passant de 6,73 GPa, 6,13 GPa et 4,22 GPa dans la demi-paroi intérieure à 24,44 GPa, 20,81 GPa et 15,90 GPa dans la moitié extérieure pour les échantillons de tension, neutre et de compression, respectivement.

L'analyse de la relation entre la MOE et la densité a montré une forte corrélation positive avec R2 = 0,9202, 0,84819 et 0,92819 pour les parties traction, neutre et compression séparément. Nous avons également trouvé une relation inverse entre MFA et MOE avec un point "d'impact diminuant" de 17,2°, 16,8° et 13,8° pour la tension, la partie neutre et la compression séparément, après quoi il n'y a pas eu de réduction de la MOE. Il n'y avait pas de relation linéaire évidente entre la MFA et la densité. Cependant, après avoir supprimé certains points spécifiques de valeur MFA élevée lorsque la densité est inférieure à 800 kg/m3, les valeurs MFA sont restées statiques avec une moyenne de 6,0°, 6,9° et 8,5° pour la tension, la partie neutre et la compression, respectivement.

Yang, H. & Lin, Y. Analyse des rides pour former la limite des processus de cintrage des tubes. J. Mater. Processus. Technol. 152, 363–369. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.04.410 (2004).

Article Google Scholar

Li, H. et al. Les effets interactifs du froissement et d'autres défauts dans le processus de cintrage NC de tubes à paroi mince. J. Mater. Processus. Technol. 187, 502–507. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.11.100 (2007).

Article CAS Google Scholar

Paulsen, F. & Welo, T. Déformations transversales de profils creux rectangulaires en flexion : Partie II — modèles analytiques. Int. J. Mech. Sci. 43, 131–152. https://doi.org/10.1016/S0020-7403(99)00107-1 (2001).

Article MATH Google Scholar

McDowell, MT, Leach, AM & Gall, K. Flexion et déformation en traction de nanofils métalliques. Modèle. Simul. Mater. Sci. Ing. 16, 045003. https://doi.org/10.1088/0965-0393/16/4/045003 (2008).

Article ADS CAS Google Scholar

Michael, TC, Veerappan, AR & Shanmugam, S. Effet de l'ovalité et de l'épaisseur de paroi variable sur les charges d'effondrement dans les coudes de tuyaux soumis à un moment de fermeture en flexion dans le plan. Ing. Fracturé. Méca. 79, 138–148. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2011.10.009 (2012).

Article Google Scholar

Grenestedt, JL & Bassinet, F. Influence des variations d'épaisseur de la paroi cellulaire sur la rigidité élastique des solides cellulaires à cellules fermées. Int. J. Mech. Sci. 42, 1327-1338. https://doi.org/10.1016/S0020-7403(99)00054-5 (2000).

Article MATH Google Scholar

Montazeri, S., Gorji, A. & Bakhshi, M. Une nouvelle méthode de cintrage par compression de tubes à paroi mince dans le processus de cintrage hydraulique. Int. J. Adv. Fab. Technol. 85, 557-571. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7910-8 (2016).

Article Google Scholar

Li, P., Wang, L. & Li, M. Flexion flexible des profilés à section asymétrique et élimination du défaut de flexion latérale. Int. J. Adv. Fab. Technol. 87, 2853–2859. https://doi.org/10.1007/s00170-016-8673-6 (2016).

Article Google Scholar

Goodarzi, M., Kuboki, T. & Murata, M. Effet du rayon de coin de la matrice sur la formabilité et la précision dimensionnelle de la flexion par cisaillement du tube. Int. J. Adv. Fab. Technol. 35, 66–74. https://doi.org/10.1007/s00170-006-0697-x (2007).

Article Google Scholar

Kazantseva, NV et al. Analyse du processus de déformation de l'intermétallique Ni 3 (Al, Fe) sous flexion longitudinale. Phys. Rencontré. Métall. 119, 26–34 (2018).

Article CAS Google Scholar

Minke, G. Construire avec du bambou : conception et technologie d'une architecture durable. Walter de Gruyter https://doi.org/10.1515/9783034611787 (2012).

Article Google Scholar

Alamgir, M., Mezbahuddin, M. & Jashimuddin, M. Rôle de l'industrie artisanale à base de bambou dans l'amélioration économique des ruraux pauvres de Chittagong, Bangladesh. J. Bamboo Rattan 6, 157–164 (2007).

Google Scholar

Kocaefe, D., Huang, X. & Kocaefe, Y. Stabilisation dimensionnelle du bois. Courant. Pour. Rep. 1, 151–161. https://doi.org/10.1007/s40725-015-0017-5 (2015).

Article Google Scholar

Yu, Y. et al. Propriétés mécaniques de la paroi cellulaire du bambou étudiées par nanoindentation par imagerie in situ. Fibre de bois Sci. 39, 527-535. https://doi.org/10.1007/s11295-007-0082-4 (2007).

Article CAS Google Scholar

Smits, MA et al. Variation du module d'élasticité et du facteur anisotrope sur l'épaisseur du Mur de Bambou, matériaux d'ingénierie clés. Trans. Technologie. Publ. Ltd 737, 522–527. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.737.522 (2017).

Article Google Scholar

Huang, P. et al. Profil de distribution de densité pour les entre-nœuds et les nœuds de Phyllostachys edulis (bambou Moso) par tomodensitométrie. Constr. Construire. Mater. 93, 197–204. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.05.120 (2015).

Annonces d'article Google Scholar

Evans, R. Une approche de la variance de l'estimation diffractométrique aux rayons X de l'angle des microfibrilles dans le bois. Appita J. 52, 294 (1999).

Google Scholar

Evans, R. Rigidité du bois par diffractométrie aux rayons X. Dans Caractérisation de la paroi cellulaire cellulosique (eds Stokke, DD & Groom, LH) 138–146 (Blackwell Publishing Professional, 2008).

Google Scholar

Collin, B. et al. Distribution et variabilité du silicium, du cuivre et du zinc dans différentes espèces de bambou. Sol végétal 351, 377–387. https://doi.org/10.1007/s11104-011-0974-9 (2012).

Article CAS Google Scholar

Yu, F. et al. Enquête sur la modification hydrophobe de la surface de la farine de bambou au moyen de la méthode de polymérisation radicalaire par transfert d'atome. Bois Sci. Technol. 48, 289–299. https://doi.org/10.1007/s00226-013-0596-x (2014).

Article CAS Google Scholar

Yin, SC Science du bois (China Forestry Press, 1996).

Google Scholar

Washusen, R. et al. Relations entre la densité, le retrait, la teneur en extraits et l'angle des microfibrilles dans le bois de tension de trois provenances d'Eucalyptus globulus Labill âgé de 10 ans. Holzforschung 55, 176–182. https://doi.org/10.1515/HF.2001.029 (2001).

Article CAS Google Scholar

Wu, YQ et al. Relations entre les caractéristiques anatomiques et les propriétés de retrait et d'effondrement du bois d'eucalyptus cultivé en plantation en provenance de Chine. J. Wood Sci. 52, 187–194. https://doi.org/10.1007/s10086-005-0751-6 (2006).

Article Google Scholar

Washusen, R. & Evans, R. Prédiction du retrait tangentiel du bois à partir de la largeur et de la densité des cristallites de cellulose dans un arbre d'Eucalyptus globulus Labill âgé de 11 ans. Aust. Pour. 64, 123–126. https://doi.org/10.1080/00049158.2001.10676175 (2001).

Article Google Scholar

Bhargava, M. et al. Études expérimentales et de simulation sur le comportement en flexion d'un tube profilé. Adv. Mater. Processus. Technol. 5, 141–152. https://doi.org/10.1080/2374068X.2018.1535642 (2019).

Article Google Scholar

Lui, Y. et al. Avancées et tendances sur les technologies de formage par cintrage de tubes. Menton. J. Aéronaute. 25, 1–12. https://doi.org/10.1016/S1000-9361(11)60356-7 (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Lee, KL, Hung, CY & Pan, WF Système de caméra numérique CCD pour mesurer la courbure et l'ovalisation de chaque section de tube circulaire sous flexion cyclique. J.Chin. Inst. Ing. 34, 75–86. https://doi.org/10.1080/02533839.2011.552968 (2011).

Article Google Scholar

Chen, M. Étude sur la ductilité en flexion du bambou Moso. Thèse (2018).

Okahisa, Y. et al. Modifications nanostructurales des parois cellulaires du bambou avec le vieillissement et leurs effets possibles sur les propriétés mécaniques. J. Mater. Sci. 53, 3972–3980. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1886-8 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Vaněrek, J. et al. L'influence de l'angle des microfibrilles sur les paramètres de rigidité du bois. Procedia ing. 195, 259-264. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.552 (2017).

Article Google Scholar

Wang, XQ, Li, XZ & Ren, HQ Variation de l'angle et de la densité des microfibrilles dans le bambou moso (Phyllostachys pubescens). J. Trop. Pour. Sci. 22, 88–96. https://doi.org/10.1016/j.jfe.2010.06.002 (2010).

Article Google Scholar

Tanabe, J. et al. Variations radiales et interfamiliales de l'angle des microfibrilles et relations avec les propriétés de flexion dans les familles de Picea jezoensis. Scannez. J.Pour. Rés. 32, 39–44. https://doi.org/10.1080/02827581.2016.1186217 (2017).

Article Google Scholar

Zhang, ZT & Duncan, JL Modélisation et mesure des déformations dans le cintrage des tubes. Document technique SAE. Rapport. https://doi.org/10.4271/960825 (1996).

Ruelle, J. et al. Variations des propriétés physiques et mécaniques entre la tension et le bois opposé de trois espèces de forêt tropicale humide. Bois Sci. Technol. 45, 339–357. https://doi.org/10.1007/s00226-010-0323-9 (2011).

Article CAS Google Scholar

Wang, H. et al. Les effets combinés de l'angle microfibrillaire initial et de la teneur en humidité sur les propriétés mécaniques de traction et l'altération de l'angle des feuilles de bois pendant la tension. Holzforschung 71, 491–497. https://doi.org/10.1515/hf-2016-0138 (2017).

Article CAS Google Scholar

Kijidani, Y. et al. Résistance partielle à la compression du bois de sugi (cèdre du Japon, Cryptomeria japonica) près de la moelle perpendiculaire au fil. J. Wood Sci. 65, 16. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1796-2 (2019).

Article CAS Google Scholar

Jiang, F. et al. Les nanotechnologies à base de bois vers la durabilité. Adv. Mater. 30, 1703453. https://doi.org/10.1002/adma.201703453 (2018).

Article CAS Google Scholar

Báder, M., Németh, R. & Konnerth, J. Propriétés micromécaniques du bois comprimé longitudinalement. EUR. J. Bois Bois Prod. 77, 341–351. https://doi.org/10.1007/s00107-019-01392-0 (2019).

Article Google Scholar

Liu, Y. & Daxin, E. Effets de l'ovalisation en coupe sur le retour élastique et la répartition des contraintes des tubes circulaires sous flexion. J. Mater. Ing. Effectuer. 20, 1591-1599. https://doi.org/10.1007/s11665-010-9813-z (2011).

Article CAS Google Scholar

Leu, DK Relation entre les propriétés mécaniques et les paramètres géométriques avec la condition de limitation du retour élastique basée sur le concept de rayon de retour élastique dans le processus de pliage en V. Int. J. Adv. Fab. Technol. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2970-1 (2019).

Article Google Scholar

Zhang, RY et al. Effets des paramètres du matériau sur le retour élastique des profilés en alliage d'aluminium 5052 avec profil chapeau en flexion par étirage rotatif. Int. J. Adv. Fab. Technol. 80(5–8), 1067–1075. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7056-8 (2015).

Article Google Scholar

Jiang, HJ & Dai, HL Un nouveau modèle pour prédire le retour élastique en U et le retour élastique dépendant du temps pour une plaque d'acier HSLA. Int. J. Adv. Fab. Technol. 81, 1055–1066. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7274-0 (2015).

Article Google Scholar

Vrh, M. et al. Un nouveau modèle élasto-plastique anisotrope avec dégradation du module d'élasticité pour des simulations précises de retour élastique. Int. J. Mater. Former. 4, 217–225. https://doi.org/10.1007/s12289-011-1029-8 (2011).

Article Google Scholar

Braga, MT, Filho, LAM & Menezes, MA Analyse du retour élastique de fines feuilles pliées sur matrice élastomère. Int. J. Mater. Former. 3(1 Supplément), 1075–1078. https://doi.org/10.1007/s12289-010-0957-z (2010).

Article Google Scholar

Ray, AK et al. Bambou : une corrélation composite à gradient fonctionnel entre la microstructure et la résistance mécanique. J. Mater. Sci. 40, 5249–5253. https://doi.org/10.1007/s10853-005-4419-9 (2005).

Article ADS CAS Google Scholar

Gindl, W. et al. Orientation des cristallites de cellulose dans les fibres de cellulose régénérée sous des charges de traction et de flexion. Cellulose 13(6), 621–627. https://doi.org/10.1007/s10570-006-9074-z (2006).

Article CAS Google Scholar

Ando, K. et al. Dépendance du coefficient de Poisson et du module de Young sur l'angle des microfibrilles (AMF) dans le bois. Holzforschung 72, 321–327. https://doi.org/10.1515/hf-2017-0091 (2018).

Article CAS Google Scholar

Lasserre, JP et al. Influence de l'espacement initial des plantations et du génotype sur l'angle des microfibrilles, la densité du bois, les propriétés des fibres et le module d'élasticité du bois de cœur de Pinus radiata D. Don. . Pour. Écol. Géré. 258, 1924-1931. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2009.07.028 (2009).

Article Google Scholar

Panshin, AJ & De Zeeuw, C. Manuel de technologie du bois (McGraw Hill, 1952).

Google Scholar

Dickson, RL & Walker, JCF Sélection des caractéristiques de qualité du bois pour les pins. Actes de l'atelier international CTIA/IUFRO sur la qualité du bois, sur la gestion du bois vers la qualité du bois et la valeur du produit final, 18–22 août (1997).

Evans, R., Ilic, J. & Matheson. C. Estimation rapide de la rigidité du bois massif à l'aide de SilviScan. Actes de la 26e Conférence sur la recherche sur les produits forestiers: développements de la recherche et applications industrielles et Forum sur les déchets de bois 19-21 juin (2000).

Evans, R. & Elic, J. Prédiction rapide de la rigidité du bois à partir de l'angle et de la densité des microfibrilles. Pour. Prod. J. 51, 53-57 (2001).

Google Scholar

Yang, JL & Evans, R. Prédiction du MOE du bois d'eucalyptus à partir de l'angle et de la densité des microfibrilles. Le bois comme matière première 61, 449-452. https://doi.org/10.1007/s00107-003-0424-3 (2003).

Article Google Scholar

Winck, RA et al. Étude de cas : Angle des microfibrilles et sa relation avec la densité de base chez Pinus taeda L. Bois des systèmes sylvopastoraux. Assoc. Bras. Técn. Papel Celulose 74(5), 55–61 (2013).

Google Scholar

Lin, CJ, Tsai, MJ & Wang, SY Techniques d'évaluation non destructives pour évaluer le module dynamique d'élasticité de la lame de bambou moso (Phyllosachys edulis). J. Wood Sci. 52, 342–347. https://doi.org/10.1007/s10086-005-0772-1 (2006).

Article Google Scholar

Télécharger les références

Nous remercions Xiaoming Suo de Suoshi Bamboo Industry Co. Ltd pour avoir fourni l'élément de cintrage en bambou, nous remercions Tessie Tong de Forestry Products Innovations pour l'analyse SilviScan des échantillons.

Cette recherche a été financée par la Natural Science Foundation of China, Grant Number 31800471, et Fundamental Research Funds of International Center for Bamboo and Rattan, Grant N0.1632020016.

Collège d'ameublement et de design industriel, Université forestière de Nanjing, Nanjing, Chine

Xuehua Wang, Jingwen Ma, Wei Xu et Caiping Lian

Centre international du bambou et du rotin, Pékin, Chine

Benhua Fei et Fengbo Sun

Jiangsu Co-Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources, Nanjing, Chine

Xuehua Wang et Wei Xu

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Conceptualisation, BF ; Opération expérimentale, JM ; Conservation des données, XW ; Acquisition de financement, XW, FS ; Rédaction—ébauche originale, XW ; Rédaction—révision et édition, XW, CL, WX

Correspondance à Caiping Lian ou Fengbo Sun.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Wang, X., Ma, J., Xu, W. et al. Effet de la flexion sur la densité de distribution radiale, MFA et MOE du bambou courbé. Sci Rep 12, 8610 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12675-7

Télécharger la citation

Reçu : 27 décembre 2021

Accepté : 04 avril 2022

Publié: 21 mai 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-12675-7

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.