【摘要】 创新竹材压痕硬度检测方案：突破传统木材测试局限，详解20/30/40mm竹环试样制备流程，对比U/V型压痕破坏特征，建立科学竹材分级体系

竹子作为亚洲重要自然资源，凭借快速生长、优异柔韧性和可加工性，广泛应用于建筑、家具及工艺品领域。其独特的空心圆柱结构（带竹节）能有效防止弯曲屈曲，并具备轴向裂纹缓冲能力。本文详解竹材压痕硬度创新测试方法，突破传统木材检测局限。

​1. 技术突破背景​
传统竹材径向硬度测试常参照木材标准，但受竹壁厚度和弧形结构限制，径向加载易导致试样开裂。Yang团队[1]创新结合木材硬度与压缩试验原理，开发基于深度测量压力的宏观检测设备，建立科学竹材压痕硬度分级体系。

​2. 试样制备流程​
选取安徽霍山9株4年生毛竹（胸径9-15cm），截取1.3-2.0m高度新鲜竹秆的三个连续节间。采用两种切割法制备不同高度竹环试样：

图1 两种切割方式的试样示意图。

3. 精密试验方案​

• 设置20/30/40mm三种竹环高度（每高度18个试样）

• 上下表面精密抛光保持平行且垂直轴向

• 竹环高度在长短轴4点测量（误差<5%）

图2 竹环的高度测量。

• 恒湿环境控制含水率42%（实时监测）

 

4. 核心测试方法​

采用WDW-T50万能试验机（10KN传感器），参照ASTM D143-14标准并改进：

• 木材对比组：直径11.3mm球形压头（图3a）

• 竹材实验组：特制滚柱压头（图3b-c）

图3 圆竹压痕试验测定流程图:(a)木材硬度试验模型;(b)圆竹压痕试验模型;(c)压痕尺寸。

 

5. 关键研究发现

测试参数

结果特征

破坏模式

不同竹环高度

硬度差异不显著

外层弯曲主导失效

U型压痕

硬度值较高（均值+8.3%）

内层圆痕+外层破碎

V型压痕

与抗压强度强相关

外层三角裂痕

载荷-位移曲线

准确表征压缩性能

纤维束承担主要轴向载荷

6. 结论与应用​

竹材压痕硬度测试需采用特制滚柱压头，20mm竹环为最佳试样高度。V型压痕能有效反映竹材抗压强度，为竹建筑构件选型提供科学依据。该方法已成功应用于竹材质量分级体系。

 

参考文献：1.Yang, X., Chai, Y., Sun, Z., Liu, H., and Jiang, Z. (2019). "Indentation hardness test methods for bamboo," BioRes. 14(1), 954-964.

 

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