本书论述了木材的宏观、微观构造及其力学性质，根据其天然的早晚材与过渡材的年轮结构运用复合材料层合板理论进行力学分析，明确木材宏观力学属性。同时对木材微观结构进行通用单胞模型分析，确定其微观生长轮轴在向荷载作用下的层间刚度。基于复合材料细观结构周期性假设，进一步构建木纤维单胞模型细观结构几何模型，进行强度失效微观力学分析，预测木材细观力学有效弹性模量，从而运用ANSYS进行木材宏观分层失效仿真计算，获得木材纤维增强复合材料结构的宏观、细观一体化分析方法。该方法在木材结构分析中能够在获得宏观应力、应变场的同时，获得细观应力、应变场，可用于复杂细观结构特征的复合材料结构分析，也能用于涉及材料非线性的复合材料结构分析。
本书可作为林业工程、管理科学与工程等相关专业的研究生、技术人员与管理者的参考书，也可供相关从业人员学习与参考。
更多科学出版社服务，请扫码获取。
木材是吸收太阳能、
水分、二氧化碳和来自土
壤中的养分而生长的一种
可再生资源，利用后可被
菌类分解而再次进入自然
界物质循环，具有以低负
荷进行长期性解体——再
生循环的“自然环境调和
性”，符合“和谐社会”的
要求。因为木材具有天然
花纹，易加工涂饰，装饰
效果好，无毒无放射性，
导热系数小，不易导电、
耐久性好，属于保温绝热
材料范畴等诸多优点，它
是人们生活中主要用材，
也是制作、车、船和各种
生产生活用具的主要原材
料，特别是作为建筑用材
，它自重较小，具有弹性
和韧性，抗震、抗冲击性
能好，在荷载作用下具有
较高的承载力，因而较其
他材料更具有明显的优势
，在农业、工业、建筑业
和日常生活等领域中大面
积应用。如今人类在能源
和工业原料等方面已经进
入多元化时代，但是木质
材料仍然是特别重要的结
构用材，同时事物具有两
面性，木材也存在一些天
然缺陷，木节、斜纹理以
及因生长应力或自然损伤
而形成的缺陷，使其在使
用过程中容易发生形变、
干裂、翘曲等，这些问题
都会不同程度地影响木材
的使用。
随着经济的迅速发展
，各行各业对木材及木制
品的需求持续增加，所以
木材及木质复合材料的发
展已成为木材科学发展的
重点，现代工业及高技术
领域对优质、高性能木材
及木质复合材料的要求不
断提高，研究木材微观或
细观层次上的构造与宏观
强韧功能的相互关系势在
必行。进一步讲，木材宏
观的力学行为与木材细胞
的形态、细胞的力学性质
、细胞之间的连接方式以
及细胞构成组织的结构密
切相关，通过木材微观结
构的信息来寻找木材宏观
的有效性能，得到有效力
学性能与微结构的关系对
于木材及其木质复合材料
的发展起到促进作用。
本书有幸得到“黑龙江
省留学归国人员科学基金
资助项目（项目编号：
LC201407）”资助，作者
带领研究团队开展了木材
微观结构与细胞壁弹性常
数关系、木材强度失效微
观力学分析、木材层合结
构强度分析、木质复合材
料力学性能分析、复合材
料参数化随机细观单胞模
型与木材宏微观失效关系
的研究，探明木材受荷后
内部微细结构的变化，建
立其与宏观力学响应之间
的联系，并由此获得新的
木材构造与其强韧功能相
互关系的认识，对研发能
够克服木材缺点、具有特
殊强韧性能的新型木质复
合材料具有一定的借鉴意
义。
全书由王巍撰写，在
撰写的过程中，得到了东
北林业大学研究生宋宝辉
、张永智、党甄甄、程玉
龙、李新宁、王云婷、杨
俊、孙理越、武明帅、李
兴等同学，以及项目组全
体同仁的大力支持与帮助
，在此一并表达衷心的感
谢。
由于作者水平有限，
书中难免存在不足之处，
敬请广大读者批评指正
第1章 木材力学性质与性能
1.1 木材力学基本理论
1.1.1 木材的应力与应变
1.1.2 木材的弹性与塑性
1.1.3 木材的黏弹性
1.2 木材宏观力学性质
1.2.1 木材宏观结构
1.2.2 木材宏观力学分析
1.3 木材微观力学性质
1.3.1 木材微观结构
1.3.2 木材微观力学分析
1.4 本章小结
第2章 木材复合材料力学行为研究
2.1 木质复合材料
2.1.1 木材复合材料属性
2.1.2 木质复合材料力学性能分析方法
2.2 木材复合材料弹性力学
2.2.1 木材的正交原理
2.2.2 木材的弹性系数
2.3 单向与多向复合材料力学分析
2.3.1 单向复合材料分析
2.3.2 多向复合材料力学分析
2.4 木材复合材料应力与应变分析
2.4.1 正交各向异性材料的应力-应变关系
2.4.2 正交各向异性材料的工程弹性系数
2.4.3 复合材料单层板主轴方向的应力-应变关系
2.4.4 复合材料单层板偏轴方向的应力-应变关系
2.5 本章小结
第3章 木材复合材料层合板理论
3.1 层合板刚度分析
3.1.1 层合板的概念
3.1.2 层合板的标记
3.1.3 经典层合板理论
3.1.4 层合板的刚度基本假设
3.1.5 对称层合板的刚度分析
3.1.6 典型非对称层合板的刚度
3.2 层合板的应力分析
3.2.1 层合板的应变与应力
3.2.2 层间应力与分层破坏
3.3 层合板的强度分析
3.3.1 层合板的应力与强度分析
3.3.2 层合板最终破坏强度
3.4 层合板的弹性分析
3.4.1 正交各向异性材料单层材料刚度
3.4.2 木材弯曲对结构刚度的影响
3.4.3 木材生长轮层间结构刚度
3.4.4 木材层合板结构强度分析
3.4.5 层合板的工程弹性常数
3.5 本章小结
第4章 通用单胞模型及有限元方法
4.1 通用单胞模型
4.1.1 GMC的基本理论
4.1.2 二维GMC
4.1.3 三维GMC
4.1.4 弱界面黏合GMC
4.1.5 复合材料参数化随机细观单胞模型
4.2 有限元方法
4.2.1 有限元法理论基础
4.2.2 有限元法计算步骤
4.2.3 平面结构问题的有限单元法
4.2.4 等参元
4.2.5 空间问题的有限单元法
4.2.6 轴对称旋转单元有限元方法
4.3 本章小结
第5章 木材复合材料宏细观力学行为研究
5.1 基于复合材料理论的木材宏观结构建模
5.1.1 单层生长轮单元的模型
5.1.2 单层生长轮模型单元的选取
5.1.3 生长轮实体模型的网格划分
5.1.4 生长轮轴向荷载作用下的层间刚度
5.2 木材纤维增强单元细观结构建模
5.2.1 纤维增强单元本构方程和边界条件的建立
5.2.2 代表体积单元几何模型的有限元计算
5.3 木材细观力学有效弹性模量的有限元预测
5.3.1 木纤维的边界形变约束条件的确定
5.3.2 木纤维RVE细观结构几何模型
5.3.3 木纤维RVE细观结构有限元模型仿真
5.3.4 木纤维RVE增强单元缺陷问题
5.4 木材宏观结构分层失效机理模型
5.4.1 层合结构层间线性黏弹本构方程
5.4.2 层合结构黏弹性有限元控制方程
5.4.3 分层失效仿真计算
5.4.4 木材宏观结构强度失效
5.4.5 木材宏观层间分层失效修正模型
5.5 本章小结
参考文献
书单推荐
