구부러진 대나무의 방사형 분포 밀도, MFA 및 MOE에 대한 굽힘의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8610(2022) 이 기사 인용

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대나무의 뛰어난 특징 중 하나는 변형 안정성입니다. 그러나 대나무의 굽힘 안정성이 좋은 이유는 잘 연구되지 않았습니다. 본 연구에서는 대나무의 굽힘 변형을 제어하는 경로를 조사했습니다. SilviScan 분석을 사용하여 반경 방향을 따라 연속 밀도 분포, 미세섬유 각도(MFA) 및 탄성 계수(MOE)를 검사하기 위해 손으로 굽은 phyllostachys iridescens 부재를 선택했습니다. 우리의 결과는 구부러진 대나무에서 MFA가 중성 샘플보다 인장 샘플에서 더 낮고 압축 샘플에서 더 높다는 것을 보여줍니다. 밀도와 MOE 사이에는 강한 선형 양의 상관관계가 있는 반면, MOE와 MFA 사이에는 음의 선형 상관관계가 있고 MFA와 밀도 사이에는 뚜렷한 선형 상관관계가 없습니다. 굽힘 증가는 주로 MOE를 변경하는 동시에 밀도 분포와 MFA를 변경하는 데 영향을 미쳤습니다. 우리의 결과는 대나무의 굽힘 특성을 유지하는 데 중요한 역할을 하는 인장, 중립 및 압축 샘플의 반경 방향에 따른 밀도, MOE 및 MFA 분포의 변화를 보여줍니다.

굴곡부재는 건물, 교량, 가구, 기타 분야 등 구조물에 널리 사용됩니다. 굽힘재는 일반적으로 직선재로 제조되는데, 이는 원래 상태가 변경되면 스프링으로 되돌아오는 능력이 있습니다. 그러나 주름1,2, 단면 변형3,4,5 및 벽 두께의 변화6와 같은 굽힘 결함은 굽힘 공정7과 굽힘 부품 안전 및 서비스 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 결과적으로 굽힘 결함의 테스트, 평가 및 분석은 굽힘 부재의 적용에 중요한 역할을 합니다.

특히 금속의 굽힘 결함 제거8, 형상 굽힘 정확도9, 굽힘 영역의 결정 구조10에 대한 많은 연구가 있었지만 현재 대나무의 굽힘 특성에 대한 연구는 거의 보고되지 않았습니다. 이는 주로 대나무의 실제 적용이 매우 제한적이기 때문입니다. 최근 철강 생산과 관련된 환경 문제가 증가함에 따라 대나무의 잠재적 활용을 조사하기 위한 더 많은 연구가 수행되고 있습니다. 대나무는 베트남 하노이의 Roc Von 레스토랑과 같은 현대 건축물11과 대나무 컵과 같은 기타 생활 필수품12에 점차적으로 사용되었습니다. 그러나 굽힘 부재는 대나무의 우수한 굽힘 특성을 최대한 활용할 수 있습니다. 대나무 굽힘 특성에 대한 연구는 굽힘 재료로서의 대나무의 기계화 및 산업화를 지원하는 데 매우 제한적입니다. 공동 및 친수성 수산기 그룹이 수분 흡수 및 팽창 능력을 촉진할 수 있기 때문에 바이오매스 재료의 스프링백 특성은 금속 및/또는 플라스틱보다 더 보편적인 것으로 간주됩니다. 대나무는 실제로 좋은 굽힘 모양과 안정성을 보여주지만, 바이오매스 재료를 대체하거나 보완할 수 있는 잠재력을 확인하기 위한 연구는 거의 수행되지 않았습니다. 속이 빈 구조로 인해 대나무 튜브는 굽힘 모양이 더 좋아 강철로 만든 단단한 튜브보다 더 많은 안정성을 제공합니다. 그러나 중공 구조는 안정성에 영향을 미치는 유일한 특성이 아니며 대나무와 강철 사이에는 다른 특성에도 큰 차이가 있습니다. 대나무는 계층적 및 이방성 구조를 가지고 있으며, 이는 서로 다른 방향에 걸쳐 서로 다른 특성을 나타냅니다14,15. 또한, 대나무는 밀도 분포가 외피에서 내피로 방사상으로 변화함에 따라 불균일한 특성을 나타냅니다. 이는 금속에 비해 굽힘 재료로 대나무를 사용하는 것을 더욱 복잡하게 만듭니다.

산업화 가공과 대규모 상업 응용이 촉진된다면 대나무는 굽힘 부재를 만드는 데 바람직한 선택이 될 것입니다. 빠른 성장과 낮은 에너지 소비를 고려할 때 대나무는 대규모 상업적 응용을 위한 굽힘 부재로서 금속 및 기타 바이오매스 제품을 대체할 수 있을 것입니다. 본 연구에서는 다양한 습도 조건에서 대나무의 스프링백 거동을 조사하기 위해 손으로 만든 불 가열 방법으로 구부러진 대나무를 사용했습니다. 또한 방사형 밀도 분포의 변화와 단면의 내부, 중간 및 외부 측면의 미세섬유 각도(MFA) 및 탄성 계수(MOE)를 조사하여 굽은 대나무의 스프링 백 거동을 평가했습니다. 우리의 주요 목표는 굽힘이 대나무에 어떤 영향을 미치는지 조사하고 대나무 산업화를 실현하기 위한 중요한 지침을 제공하는 것입니다.

N > C, which arithmetic mean value calculated as 15.72 GPa, 13.58 GPa, and 10.14 GPa, respectively. Arithmetic mean values of T, N and C were 6.73 GPa, 6.13 GPa, and 4.22 GPa for the first half tube wall (near YL) while 24.44 GPa, 20.81 GPa and 15.90 GPa for the latter half (near GL). There is a larger difference on the latter half tube wall than the first half tube wall, while the latter half tube wall bears a higher stress than the first half tube wall during bending./p> N > C. The differences in MOE value became increasingly larger from 6.73 GPa, 6.13 GPa, and 4.22 GPa in the inner half wall to 24.44 GPa, 20.81 GPa and 15.90 GPa in the outer half for tension, neutral and compression sample, respectively./p>