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杨木与黄麻纤维复合材料点阵夹芯结构力学性能的多维度探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在材料科学不断发展的当下，新型复合材料的研发与应用成为推动众多领域进步的关键力量。杨木和黄麻纤维复合材料点阵夹芯结构作为一种极具潜力的新型材料，正逐渐在多个领域崭露头角，其研究对于材料科学的发展以及相关产业的升级都有着至关重要的意义。

杨木作为一种常见的木材资源，具有来源广泛、价格低廉、加工性能良好等诸多优点。它在建筑、家具制造等传统领域一直占据着重要地位。随着科技的飞速发展和人们对材料性能要求的不断提高，单纯的杨木材料在某些性能上已难以满足现代工程的需求。与此同时，黄麻纤维作为一种天然的植物纤维，具备比强度高、密度低、可生物降解等突出特性，在环保意识日益增强的今天，其在复合材料领域的应用价值愈发凸显。将杨木与黄麻纤维相结合，制备成复合材料，能够实现两者性能的优势互补，从而获得性能更为优异的新型材料。

点阵夹芯结构作为一种先进的结构形式，以其独特的轻质、高强度、高刚度以及良好的能量吸收特性等，在航空航天、汽车制造、船舶工业等众多领域展现出了巨大的应用潜力。在航空航天领域，减轻结构重量对于提高飞行器的性能、降低能耗以及增加有效载荷至关重要，点阵夹芯结构的应用能够在保证结构强度和刚度的前提下，显著减轻飞行器的重量，进而提高其飞行性能和经济效益；在汽车制造领域，轻量化设计不仅有助于降低汽车的能耗和排放，还能提升汽车的操控性能和安全性能，点阵夹芯结构的应用可以为汽车的轻量化设计提供有效的解决方案；在船舶工业领域，点阵夹芯结构能够提高船舶的结构强度和稳定性，同时减轻船舶的自重，降低燃油消耗，提高船舶的运营效率。将杨木和黄麻纤维复合材料与点阵夹芯结构相结合，有望开发出一种兼具优异力学性能、良好环保性能以及较低成本的新型结构材料，这对于推动上述领域的技术进步和可持续发展具有重要的现实意义。

本研究旨在深入探究杨木和黄麻纤维复合材料点阵夹芯结构的力学性能，通过系统的实验研究、数值模拟以及理论分析，全面揭示该结构的力学行为和性能特点，为其在实际工程中的应用提供坚实的理论基础和技术支持。这不仅有助于拓展杨木和黄麻纤维的应用领域，提高资源的综合利用效率，还能为新型复合材料结构的设计和开发提供新的思路和方法，对于促进材料科学的发展以及相关产业的升级换代具有重要的推动作用。

1.2国内外研究现状

在杨木的研究方面，国内外学者已取得了一系列成果。国内有研究通过SHPB动态压缩实验，对杨木在高应变率条件下的力学特性展开研究，发现尽管杨木相比于金属压杆波阻抗较低，但其SHPB动态压缩实验中试样两端的应力均匀性条件仍可满足，且轴向试样具有Ⅱ型吸能结构特征，失效应力和平台应力都有应变率敏感性，弦向试样具有Ⅰ型吸能结构特征，平台应力也有应变率敏感性。另有利用低分子PF和ACQ-D对苏北产速生杨木进行改性处理，就紫外线照射前后材料的短周期力学强度和蠕变性能进行测试与分析，并对ACQ-D防腐材内部药剂的流失规律进行研究，建立了PF增强材抗弯弹性模量数学模型和静曲强度、顺纹抗压强度预测的经验公式，还研究了ACQ-D防腐处理、紫外线照射对材料性能的影响以及材料的吸湿、蠕变等特性。国外也有相关研究关注杨木在不同载荷条件下的力学性能表现。

对于黄麻纤维复合材料，其研究也在国内外广泛开展。麻纤维具有价廉质轻、自然降解、比强度和比模量高等特性，在天然植物纤维中，麻类纤维不仅强度和模量高，还具有质硬、耐摩擦、耐腐蚀的特点。我国麻类资源丰富，目前用麻纤维制备植物纤维增强复合材料的研究已取得一定成果，部分科研成果已进入实用推广阶段。有研究系统地介绍了黄麻纤维增强复合材料的制备，分析评论了麻纤维的结构特点、纤维表面改性以及复合材料的各种力学性能，指出在制备过程中需要解决复合材料耐水性差以及界面强度低下等问题。还有对黄麻纤维非织造物及其增强复合材料的研究进行综述，阐述了黄麻纤维非织造物的制备方法（干法和湿法）和性能（较高拉伸强度和模量、重量轻、密度低、耐磨性和耐撕裂性能好），以及黄麻纤维增强复合材料的制备方法（树脂复合和热压复合）和性能（优良拉伸、抗弯、冲击强度，热稳定性好，抗水解、抗老化和阻燃等）。

在点阵夹芯结构力学性能研究上，因其具有超轻、优异静力学性能和潜在多功能性，被视为航空航天、高速列车、舰船装备、汽车制造等高能耗装备领域极具应用前景的结构功能型材料，国内外对此展开了大量研究。有研究设计并制备新型的四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构，通过将四方蜂窝点阵夹芯结构引入圆柱壳的制备当中，利用焊接技术提高各部分之间界面的连接强度，实现提高复合结构整体的承载和吸能性能的目的，研究表明该结构相较于传统单层圆柱壳具有更高的强度和能量吸收效率。

然而，目前