解决木材微力学中的差异：管胞壁微柱的应变映射压缩

木材作为可持续材料选择中结构资源的作用日益重要，这要求准确表征其力学行为。其性能源于分层结构，其中主要的承载成分是管胞细胞壁的 S2 层——这是一种由嵌入半纤维素和木质素中的纤维素微纤丝构成的厚纤维增强复合材料。由于 S2 层尺寸微小且具有各向异性，其力学测试面临重大挑战，特别是在产生均匀的应力和应变场方面。在本研究中，我们将微柱压缩（MPC）与数字图像相关（DIC）相结合应用于挪威云杉管胞，实现了细胞壁尺度下直接且无需模型的应变测量。微柱以不同的微纤丝角度（MFA）取向，证实了刚度和屈服应力对超结构排列的预期依赖性，即在低 MFA 下具有更高的刚度和屈服应力。对于受压情况，纤丝排列的微柱出现了弯折带，而在较高角度下则观察到与剪切相关的失效。对扫描电子显微镜加速电压的参数研究表明，电子束暴露会显著降低微柱的完整性，这可以解释早期 MPC 研究中的数据分散和力学低估现象。通过控制成像协议并使用基于 DIC 的应变测量，我们报告了迄今为止最高的木材细胞壁刚度直接测量值——对于 MFA=0{\deg} 高达 42 GPa——与以往结果相比更符合微力学模型预测。研究结果与基于有限元方法的位移校正进行了比较，以建立探测柔软、各向异性生物复合材料力学行为的稳健协议，同时澄清了以往木材 MPC 测量结果中长期存在的不一致性。