竹材跨尺度数值模拟与非对称弯曲性能研究
CSTR:
作者:
作者单位:

1中南林业科技大学 材料与能源学院,湖南 长沙 410004;2中南林业科技大学 家居与艺术设计学院,湖南 长沙 410004;3麓上住宅工业科技有限公司,湖南 益阳 413000

作者简介:

张小如(2001—),女,湖南益阳人,中南林业科技大学硕士生。E-mail:mane4199@163.com

通讯作者:

郝景新(1982—),男,湖南长沙人,中南林业科技大学教授,硕士生导师,博士。E-mail:haojingxin1@163.com

中图分类号:

TU531.3

基金项目:

湖南省自然科学基金资助项目(22B0277);益阳麓上住宅工业科技“以竹代木”装配式结构建筑科技创新创业项目


Multiscale Numerical Simulation and Asymmetric Bending Behavior of Bamboo
Author:
Affiliation:

1College of Materials and Energy, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;2College of Home Furnishing and Art Design, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;3Lushang Residential Industrial Technology Co., Ltd., Yiyang 41300, China

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    摘要:

    提出了一种针对竹材非均匀多孔复合结构的跨尺度数值模拟方法。通过耦合细观代表性体积单元(RVE)建模与宏观有限元分析,系统揭示了竹材非对称弯曲的内在机制:构建了包含多孔梯度特征的代表性体积单元(P-RVE)模型;采用渐进均匀化理论量化了其等效弹性参数;并通过非对称弯曲实验验证了宏观模型的可靠性;通过离散化重构薄壁组织与维管束的空间拓扑关系,不仅实现了对竹材横截面正交异性特征的参数化表征,还成功实现了跨尺度模拟。

    Abstract:

    A multiscale numerical simulation approach for the heterogeneous porous composite system of bamboo was proposed. By coupling mesoscale representative volume element (RVE) modeling with macroscopic Finite Element Analysis, it systematically revealed the intrinsic mechanism of asymmetric bending in bamboo material. First, a porosity gradient-informed RVE (P-RVE) model was constructed to characterize microstructural characteristics. Second, Asymptotic Homogenization Theory was employed to quantify equivalent elastic parameters. Finally, asymmetric bending experiments validated the reliability of the macroscopic model. Results demonstrate that discrete reconstruction of the spatial topology between parenchyma tissue and vascular bundles not only enables parametric characterization of cross-sectional orthotropic features but also facilitates successful cross-scale simulation.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

张小如,郝景新,吴新风,王鹏,张建军.竹材跨尺度数值模拟与非对称弯曲性能研究[J].建筑材料学报,2026,29(3):363-371

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  • 收稿日期:2025-05-21
  • 最后修改日期:2025-10-09
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  • 在线发布日期: 2026-04-08
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