具体描述
《木材结构与其品质特征的相关性》是国家科技部资助的国家重点基础研究发避孕药规划（973计划项目）“木材结构及化学组成与其品质特性的分子基础”课题的研究成果之一。本研究采用了国内外最新的木材科学的实验仪器和手段，以我国重要的两个人工林树种——杉木和杨树木材为研究对象，从研究木材微观结构特征、化学组成及变异规律和木材的特理力学性质的特点及其变异规律人手，在大量可靠的实验数据基础上，采用神经网络等分析方法，建立了揭示木材微观结构与其品质特性相关性的数学模型。
结构之美：木材的物理、化学与工程应用 内容简介 本书深入剖析了木材作为一种天然工程材料的内在机制与多维特性，旨在为结构工程师、材料科学家、建筑师以及对可持续建筑材料感兴趣的研究人员提供一份全面、详实的参考指南。全书结构严谨，逻辑清晰，从微观的细胞结构出发，层层递进至宏观的工程性能，最终落脚于现代结构设计与实践应用。 第一部分：木材的形态学与解剖结构 本部分将木材的生命起源和微观构造置于核心地位。我们首先回顾木材的生物学基础，阐述形成层的作用、年轮的形成机制及其对材料各向异性的影响。随后，重点解析木材的三大基本结构——轴向系统、射线系统和切线方向的解剖特征。 细胞壁的复杂性： 详细描述微纤维素的排列方式、木质素与半纤维素的化学交联作用，以及在细胞壁不同层次（S1、S2、S3层）中，这些组分如何协同决定木材的密度和刚度。我们将探讨细胞腔内外的物质差异如何影响吸湿性与尺寸稳定性。 木材的变异性： 区别早材（春材）与晚材（秋材）在细胞尺寸、密度和导管孔径上的显著差异，并分析这些差异如何影响材料的强度和导热性能。同时，介绍髓线、树脂道以及木射线在横向力学传递中的作用。 缺陷的形态与成因： 深入考察自然缺陷，如节疤（死节、活节）、裂纹、树脂囊和管孔分布不均等。通过结构解析，解释这些内部缺陷对木材均匀性和局部应力集中的影响机制，为后续的材料筛选和强度折减提供理论依据。 第二部分：木材的物理特性与环境响应 本部分专注于木材与环境介质（水、热、光）的相互作用，这是理解木材耐久性和现场性能的关键。 吸湿性与平衡含水率： 详细阐述纤维饱和点（FSP）的概念及其在物理化学上的意义。通过测定吸湿等温线，量化木材对大气湿度变化的响应。深入分析木材的孔隙结构如何控制水分的扩散速率和平衡水分含量。 尺寸变化与各向异性： 系统阐述木材收缩与膨胀的机制。重点对比沿纹理方向、径向和弦向三个方向的收缩率差异，解释这种显著的各向异性是由于微纤维素排列决定的结构性结果。讨论如何通过窑干或化学改性来控制尺寸稳定性。 热力学行为： 研究木材的热传导、比热容及其温度依赖性。分析木材作为优良绝缘体的物理基础，以及在高温（如火灾）条件下，热解过程（炭化）如何影响其结构完整性和剩余承载能力。 光学与声学特性： 探讨木材的透光性、颜色变化（光致老化）及其对声波传播的影响。这对室内装修和声学工程设计具有指导意义。 第三部分：木材的力学性能与本构关系 本部分是结构工程的核心内容，侧重于量化木材在不同荷载作用下的响应规律。 弹性与粘弹性： 区别描述木材的弹性响应（即时变形）和粘弹性行为（时间依赖性变形，如蠕变和应力松弛）。引入广义胡克定律的简化形式，探讨不同方向上的弹性模量和泊松比。 强度特性分析： 全面覆盖抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度。详细阐述这些强度的测试方法（如ASTM标准）和影响因素（含水率、密度、加载速度）。重点分析剪切失效机制，特别是在横向荷载作用下，细胞壁的屈曲与滑移。 疲劳与冲击： 研究木材在长期交变荷载下的性能退化规律，即疲劳极限与寿命预测。同时，评估木材在冲击荷载（如风荷载或地震）下的能量吸收能力。 木材作为正交各向异性材料的本构描述： 引入材料对称性概念，建立三维弹性张量描述，并讨论如何将复杂的材料特性简化为适用于工程计算的有效参数集。 第四部分：木材的耐久性与化学改性 本部分关注木材在自然环境中的长期性能维持，以及通过工程手段提升其性能的途径。 生物降解机制： 深入探讨真菌（腐朽菌）、昆虫（白蚁、蛀虫）对木材的降解途径。分析木质素、纤维素和半纤维素被不同酶系分解的生化过程。 天然耐腐性等级： 介绍依据树种和心材/边材差异确定的天然耐久性等级体系，解释这些差异背后的化学屏障（如提取物/次生代谢物）的作用。 防腐与阻燃处理： 系统回顾现代化学保护技术，包括真空加压处理（CCA、ACQ等）对木材防腐性能的提升效果及其对力学性能的潜在影响。介绍阻燃剂的作用原理和处理工艺。 工程改性： 探讨热改性（如热压、热油处理）、醋酸酐改性（Acetylation）和树脂浸渍等技术如何改变木材的细胞壁化学结构，从而提高其尺寸稳定性和抗生物侵蚀能力，并评估这些改性对材料力学性能的二次影响。 第五部分：工程应用与结构设计考量 本书的最后一部分将理论知识转化为实际的结构设计语言。 结构设计规范解析： 对照国际主流（如欧洲规范、美国规范）和国内相关设计标准中对木结构设计参数的选取原则进行对比分析。 连接节点的设计力学： 详细研究木材连接节点处的应力集中问题，包括钉、螺栓、木销和胶合连接（如胶合木/Glulam）的受力分析。阐述如何根据木材的抗剪和抗拉性能来设计连接件的间距和尺寸。 复杂构件的性能评估： 讨论层积材（LVL）、胶合木（Glulam）和交错层积材（CLT）等工程木产品的优势。分析层积工艺如何通过随机化缺陷分布来提高整体结构的均匀性和承载力，并探讨其在多高层建筑中的应用潜力。 可持续性与生命周期评估（LCA）： 评估木材作为碳汇材料在建筑行业中的环境价值，并简要介绍结构设计中如何纳入可再生性和低能耗的考量。 本书的编写旨在提供一个从基础科学到工程实践的无缝衔接的知识体系，是深入理解和高效利用木材这种古老而现代的结构材料的必备工具书。
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