Efeito da flexão na densidade de distribuição radial, MFA e MOE de bambu dobrado

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8610 (2022) Cite este artigo

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Uma das excelentes características do bambu é a estabilidade à deformação. No entanto, as razões para a boa estabilidade à flexão do bambu não foram bem estudadas. Neste estudo, examinamos os caminhos que controlam a deformação por flexão no bambu. Um membro phyllostachys iridescens dobrado à mão foi escolhido para examinar a distribuição de densidade contínua, o ângulo de microfibrilas (MFA) e o módulo de elasticidade (MOE) ao longo da direção radial usando a análise SilviScan. Nossos resultados mostram que no bambu dobrado, o MFA é menor na amostra de tensão e maior na amostra de compressão do que na amostra neutra. Existe uma forte correlação linear positiva entre densidade e MOE, enquanto correlação linear negativa entre MOE e MFA e nenhuma correlação linear óbvia entre MFA e densidade. O aumento da flexão foi influente principalmente na alteração do MOE, ao mesmo tempo em que alterou a distribuição de densidade e o MFA. Nossos resultados demonstram variação na distribuição de densidade, MOE e MFA ao longo da direção radial das amostras de tensão, neutro e compressão, que desempenham um papel importante na manutenção das características de flexão do bambu.

Os membros de dobra são amplamente utilizados em estruturas, como edifícios, pontes, móveis e outros campos. As madeiras dobradas são geralmente fabricadas a partir de madeira reta, que tem a capacidade de voltar à medida que o estado original é alterado. No entanto, defeitos de dobra, como enrugamento1,2, deformação da seção transversal3,4,5 e variações na espessura da parede6 podem ter um impacto negativo no processo de dobra7 e na segurança e vida útil dos componentes de dobra. Como resultado, teste, avaliação e análise de defeitos de flexão desempenham um papel importante na aplicação do membro dobrado.

Embora tenha havido muita pesquisa sobre eliminação de defeitos de dobra8, precisão de dobra de forma9 e estrutura cristalina na área de dobra10, particularmente para metais, pouca pesquisa foi relatada sobre as características de dobra de bambu atualmente. Isso ocorre principalmente porque a aplicação prática do bambu é muito limitada. Recentemente, mais pesquisas estão sendo realizadas para examinar o potencial de utilização do bambu devido às crescentes preocupações ambientais associadas à produção de aço. O bambu tem sido gradualmente utilizado na arquitetura moderna11, como no restaurante Roc Von em Hanói, no Vietnã, e para outras necessidades diárias12, como xícaras de bambu. Os membros de dobra podem fazer pleno uso da excelente propriedade de dobra do bambu; a pesquisa sobre as características de dobra do bambu é muito limitada para apoiar a mecanização e a industrialização do bambu como material de dobra. As características de mola no material de biomassa foram consideradas mais universais do que o metal e/ou o plástico porque a cavidade e os grupos hidroxila hidrofílicos podem promover a absorção de água e a capacidade de expansão13. Embora o bambu também mostre boa forma de flexão e estabilidade na prática, pouca pesquisa foi realizada para identificar todo o seu potencial para substituir ou complementar materiais de biomassa. Devido às estruturas ocas, os tubos de bambu têm melhor forma de flexão que permite mais estabilidade do que os sólidos em aço. No entanto, a estrutura oca não é o único atributo que afeta a estabilidade e existem grandes diferenças em outras características entre o bambu e o aço. O bambu possui uma estrutura hierárquica e anisotrópica, que apresentou características diferenciadas em diferentes direções14,15. Além disso, o bambu desenvolve características desiguais à medida que a distribuição de densidade muda radialmente da camada externa para a camada interna16, o que complica ainda mais o uso do bambu como material de dobra em comparação com os metais.

O bambu deve ser uma escolha desejável para fazer o membro de dobra se o processamento industrializado e as aplicações comerciais em larga escala forem promovidos. Considerando o rápido crescimento e baixo consumo de energia, o bambu provavelmente pode substituir metais e outros produtos de biomassa como membro de dobra para aplicação comercial em larga escala. Neste estudo, usamos bambu, que foi dobrado pelo método de aquecimento feito à mão para examinar o comportamento elástico do bambu sob diferentes condições de umidade. Também avaliamos o comportamento elástico do bambu dobrado examinando as mudanças na distribuição da densidade radial, o ângulo da microfibrila (MFA) e o módulo de elasticidade (MOE) dos lados interno, médio e externo da seção transversal. Nosso principal objetivo é examinar como a flexão afeta o bambu e fornecer orientações importantes para a realização da industrialização do bambu.