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日前，國家自然科學基金重大項目“弧形竹材原態(tài)層積機制及物理力學基礎”在京啟動。該項目由國際竹藤中心研究員費本華主持，項目總經(jīng)費269萬元，實施期5年。

國際竹藤中心研究員覃道春匯報了項目總體情況，包括項目背景、目標、關鍵科學問題以及主要的研究任務。他指出，本項目將針對竹材制造中利用率低、層積材規(guī)格較小、能耗大、廢料多等現(xiàn)象，聚焦弧形竹片熱成型及原態(tài)層積物理力學基礎等科學問題開展研究，實現(xiàn)竹材合理高效、原態(tài)利用。國際竹藤中心研究員孫豐波、副研究員于子絢、高級工程師陸方、北京林業(yè)大學副教授黃艷輝分別針對項目下設四個任務的目標內(nèi)容、方案設計、進度安排等進行了匯報。

竹類植物生長迅速、資源豐富、固碳力強，是一種天然理想的生產(chǎn)生活原材料。由于特殊的梯度結構及尖削狀中空錐形殼體結構，竹材無法直接開料或刨削，通常剖分加工制作成小規(guī)格單元，用于生產(chǎn)各類竹基材料。但這類竹材單元，通常為了規(guī)格化的目的，嚴重破壞竹材結構，導致出材率低、施膠量大、紋理損傷等問題。因此，只有保持竹材單元的弧形原態(tài)，減少加工環(huán)節(jié)，才能保留竹材天然生物力學結構帶來的優(yōu)良性能，保留竹材天然紋理帶來的人居舒適性。

目前弧形竹片采用銑削方式加工定弧，竹材利用率僅僅保持在60%，改善加工方式、提高竹材出材率，是弧形竹材產(chǎn)品甚至竹產(chǎn)業(yè)的主要需求。基于這種需求，本項目以弧形原態(tài)竹材為研究對象，在改良加工環(huán)節(jié)中剖分、定弧、膠合、層積、定型的基礎上，探明弧形竹材的層積機制與物理力學規(guī)律。通過提煉竹筒外徑、剖分份數(shù)、竹壁厚度、定弧模具半徑值等參數(shù)，構建弧形竹片剖分定寬數(shù)學幾何模型;通過濕-熱-力協(xié)同改性方法定弧，分析竹片定弧過程中溫濕度及壓力對形變特征及性能的影響;通過確定竹材表面砂磨閾值及竹青和竹黃與膠液的相互作用機制，探明弧形材的層積膠合機理，最終獲得弧形原態(tài)層積材的性能調(diào)控規(guī)律。

項目組長費本華指出，要提高對弧形竹材原態(tài)利用的認識，竹材壁薄中空，竹壁相當于樹木一年的年輪，可以借助仿生原理層層疊加，小材變大材。本項目將為實現(xiàn)層積材高利用率、低膠、低成本、原態(tài)加工提供理論支撐，為實現(xiàn)弧形竹材及其制品標準、高質、工業(yè)化生產(chǎn)提供科學依據(jù)，對竹材資源可持續(xù)利用、促進碳達峰和碳中和、緩解國家木材安全具有重要意義。

費本華強調(diào)，要加強團結協(xié)作，導師要在人員組織中發(fā)揮積極作用。要明確定位研究內(nèi)容，要針對“弧形材成型機制”搶占科研制高點。項目要同時關心如何解決技術問題，在實驗室中做出樣品，在工廠中試出產(chǎn)品，并批量化生產(chǎn)形成商品。弧形材的優(yōu)勢在于施膠量少、成本低、破壞量少、耗能少、保持原態(tài)，應用研究可作為基金項目輔助，結合“十四五”的應用研究，突破樣品和產(chǎn)品的局限。要培養(yǎng)一批研究生以及青年骨干、高級職稱人員，以及更高層次人才。要加強宣傳推廣，將工程材料做大做強，要政府產(chǎn)學研結合，為國家提供材料，讓國家有材可用。

項目啟動會由國際竹藤中心科技處副處長楊淑敏主持。國際竹藤中心研究員方長華、劉煥榮，副研究員張秀標、馬欣欣四位專家參與評議。

(國際竹藤中心供圖)

關鍵詞： 物理力學 國家自然科學基金 應用研究 副研究員