رفتار مکانیکی بامبو گرد تحت فشار موضعی عرضی

بامبو یک علف بلند است که به طور گسترده در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری پراکنده شده است [1]، [2]. این ماده به سرعت رشد می کند و یک ماده زیست توده تجدید پذیر با پتانسیل قابل توجهی برای پایداری است [3]، [4]، [5]. به خوبی شناخته شده است که بامبو یک ماده کامپوزیتی تقویت شده با الیاف یک طرفه است که خواص مکانیکی عالی آن عمدتاً در جهت محوری وجود دارد، در حالی که خواص مکانیکی عرضی آن ضعیف است [6]. بنابراین، بامبو ویژگی های ناهمسانگرد قابل توجهی را نشان می دهد [7]، [8]. علاوه بر این، چگالی الیاف به طور یکنواخت در امتداد ضخامت دیواره توزیع نشده است، که نشان می دهد بامبو یک ماده ناهمگن است. بامبو یک ماده درجه بندی عملکردی است [9]، [10]. خواص مکانیکی بامبو مشابه یا بهتر از چوب است و آن را جایگزینی ایده آل برای چوب می کند [11]، [12]، [13]. از این رو، استفاده از بامبو گرد طبیعی در زمینه معماری نه تنها می تواند از خواص مکانیکی طبیعی عالی آن بهره مند شود، بلکه زیبایی معماری را نیز به ارمغان می آورد [14، [15]، [16]. تعداد فزاینده ای از محققان علاقه مند به مطالعه بامبو گرد هستند [17]، [18]، [19]، [20]، [21].

بیشتر مطالعات تجربی در مورد خواص مکانیکی بامبو به جای خواص عرضی، بر روی خواص محوری متمرکز شده‌اند، حتی اگر بیشتر خرابی‌های بامبو در اثر شکافتن ایجاد می‌شوند. میچ و همکاران [22] یک روش آزمایش پین تقسیم را برای مشخص کردن رفتار کششی بامبوی کامل عمود بر سرشاخ پیشنهاد کرد. تورس و همکاران [23] یک آزمایش فشرده سازی قطری انجام داد و یک مدل همسانگرد عرضی برای تعیین مدول محیطی یانگ Phyllostachys edulis و Guadua angustifolia ایجاد کرد.. شارما و همکاران [24] یک روش آزمایشی عملی برای ارزیابی میدانی خواص عرضی بامبو ارائه کرد و توزیع خواص عرضی ضخامت را ایجاد کرد. موران و همکاران برای تعیین استحکام محیطی داخلی و خارجی بامبو. [25] دو آزمایش ساده با قطعات حلقه طراحی کرد و نیاز به در نظر گرفتن ناهمگونی مواد برای محاسبه دقیق تنش ها را نشان داد. لی و همکاران [26] یک روش آزمایشی مناسب برای تجزیه و تحلیل توزیع مدول الاستیک محیطی از طریق ضخامت دیواره انتهایی با استفاده از حلقه‌های بامبو تحت فشار داخلی ایجاد کرد و دریافت که شکل نمایی تابع توزیع مدول الاستیک مطلوب‌ترین پیش‌بینی بود. با توجه به تحقیقات فوق، Virgo و همکاران.

تحقیقات در مورد خواص مکانیکی عرضی ساقه های گرد بامبو عمدتاً بر روی آزمایش های خمشی متمرکز شده است. ریبیرو و همکاران [28] یک آزمایش غیرمخرب بامبو را از طریق ارتعاش صوتی محوری یک تایمر موج استرس و یک آزمایش خمشی چهار نقطه ای انجام دادند و آنها یک روش ارزیابی غیرمخرب برای استحکام و سفتی ساقه های بامبو ایجاد کردند. لورنزو و همکاران [29] رفتار نرم شدن غیرخطی ساقه‌های بامبو ناشی از ایجاد ترک در طول خمش را از طریق آزمایش‌های خمشی چهار نقطه‌ای و شبیه‌سازی‌های اجزای محدود با پشتیبانی از تکنیک‌های دیجیتالی مورد مطالعه قرار دادند. آنها سپس یک فرمول مدل تحلیلی دو مدول را ایجاد کردند که با آزمایش‌های خمشی چهار نقطه‌ای تایید شد تا توزیع خمش الاستیک را در ساقه‌های بامبو تعیین کند [30]. علاالدین و همکاران [31] معتقد بود که انحراف ناشی از برش باید در نظر گرفته شود زیرا بیش از 20٪ از کل تغییر شکل تیر در آزمایش خمش بامبو را به خود اختصاص داده است. علاالدین و همکاران [32] یک تیر دو سر را پیشنهاد کرد و یک آزمایش خمشی سه نقطه ای انجام داد. نتایج نشان داد که اتصال دهنده ها به طور قابل توجهی سفتی تیر را افزایش نمی دهند. تنها افزودن ملات سیمان به طور قابل توجهی سفتی را بهبود بخشید.

چهار حالت شکست معمولی برای خم کردن کول‌های بامبو وجود دارد: شکست برشی، شکست فشاری موضعی، شکست کششی و فروپاشی کلم [33]، [34]. بنابراین، همانطور که توسط چانگ و همکاران گزارش شده است، بار شکست یک گلدان بامبو را نمی توان به سادگی با توجه به شکست خمشی کلی عضو محاسبه کرد. [35] که از منظر حالت خرابی یا خواص مکانیکی نیز معقول نیست. با این حال، در مهندسی عملی، معمول است که بامبو گرد تحت فشار موضعی عرضی به دلیل اجزای ساختاری مانند پشتیبانی، لپ یا اتصالات اتصال قرار گیرد. به دلیل خواص مکانیکی عرضی کم بامبو گرد، شکست موضعی معمولاً با شکست کلی پیش می‌آید که منجر به شکست شکننده و ظرفیت باربری نسبتاً کم می‌شود. از این رو،

در این مطالعه، آزمایش خمش سه نقطه ای بر روی 60 ساقه بامبو گرد انجام شد تا رفتار مکانیکی بامبو گرد تحت فشار موضعی عرضی مشخص شود. پارامترها شامل شرایط مرزی بار، قطر بیرونی بامبو، اینکه آیا نقطه بارگذاری در گره بامبو است و نسبت قطر خارجی لوله انشعاب به لوله اصلی بود. اثرات این پارامترها بر روی حالت شکست و بهبود ظرفیت باربری به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این، یک معادله پیش‌بینی نیمه تجربی برای ظرفیت باربری نهایی فشاری موضعی عرضی بامبو گرد بر اساس روش مدل حلقه معادل و تحلیل رگرسیون توسعه داده شد.