木质资源一直是人类赖以生存的主要原材料,与钢铁、水泥、塑料等原材料相比,是唯一可再生的生物质材料。合理利用木材的自然属性,提高木质材料的利用价值和应用领域,进行木质工程材料的研究与优化设计具有重要实际意义和广泛的应用需求。点阵夹芯结构集材料设计、结构设计、功能设计于一体,是极具应用前景的轻质、强韧性材料。本文从新型木质基工程材料设计的角度出发,采用低碳、环保的木质资源为原材料,结合点阵夹芯结构轻质、高比强度/刚度、多功能性设计等特点,进行木质基点阵夹芯结构的设计与优化。以实木及胶合板材料为面板、以桦木圆棒榫为芯子,分别制备金字塔型、改进型、混合型及双层改进型点阵夹芯结构,并进行力学性能测试与分析和有限元仿真方面的研究,为木制基点阵夹芯结构在实际建筑与结构中的研究和应用提供理论依据和试验数据支持。本文主要从以下几个方面开展研究:首先,进行木质基点阵夹芯结构的制备工艺研究,改进插入—胶合法,针对木质材料的性能特点,自主研发自动定位打孔装置,确保木质基点阵夹芯结构制备过程中的打孔精度。以落叶松实木锯材和云杉指接板为面板材料,桦木圆棒榫为芯子,设计并制备木质基金字塔型点阵夹芯结构,推导金字塔点阵结构在平压和弯曲载荷下的力学性能理论公式,针对平压测试中面板先失效的特点,进行面板增强设计,提高了夹芯结构的抗压稳定性,并进行夹芯结构的平压失效模式分析。采用三层面板增强设计的夹芯结构其抗压强度与弹性模量的试验值与理论误差为4.47%和11.37%。根据芯子的失效形式,进行芯子根部的增强设计,结果表明,结构的抗压强度和弹性模量分别增加了 15.61%和10.43%。结合木质基材料的特点,分别进行不同面板材料夹芯结构的短梁、长梁三点弯曲试验与失效模式分析。其次,为进一步提高木质基点阵夹芯结构的力学性能和稳定性,选取胶合板为面板材料,设计并制备改进型金字塔点阵夹芯结构,缩短金字塔构型中单个芯子之间的距离,有效提高夹芯结构的力学性能,分别从平压、侧压、弯曲、冲击四个方面,对结构的力学性能和失效模式进行深入分析。结果表明,相对密度影响夹芯结构的平压失效模式,并与木质基点阵夹芯结构的平压强/刚度、载荷/质量比成正线性关系。随着相对密度从1.87%变化到6.33%,结构的载荷/质量比从36.55N/g分别增加了 77.70%,114.01%,160.66%,246.16%,404.05%。结合木质材料的性能特点,研究侧压失效机理,得出面板强度是决定侧向抗压能力的关键因素,同时,芯子的力学性能和芯子对面板的破坏程度对侧压力学性能有重要影响。弯曲试验结果表明,在面板碳纤维增强后,结构的抗弯强度和弹性模量均有所提高。冲击测试采用面冲击,研究不同的冲击能量情况下,夹芯结构的抗低速冲击性能。构建木质基点阵夹芯结构的ABAQUS仿真模型,对改进型金字塔结构的平压及侧压进行仿真分析,为评价木质夹芯结构的力学性能,提供仿真依据。然后,从提高夹芯结构的平压力学性能角度出发,设计“金字塔+直柱型”、“改进型+直柱型”两种混合型点阵夹芯结构,推导该结构的平压理论模型,经平压测试,混合型结构的承载力明显增加,抗压强度、弹性模量及单位质量承载力均有大幅提升,HA混合型结构的抗压强度和弹性模量比B6改进型结构分别提高了 2.56和3.18倍,JC混合型结构的抗压强度和和弹性模量比PA-2型金字塔结构分别提高了 4.16和1.53倍。理论分析与试验结果相符合,HA,HB型结构平压强度试验值与压溃理论值的误差分别为12.05%和1.47%。HA,HB型结构弹性模量的试验值与理论值的误差分别为27.73%和11.57%。与金属和碳纤维复合材料制备的点阵结构相比,木质基混合型点阵结构在载荷/质量比,比强度/刚度等方面均有一定优势。最后,从提高结构的吸能特性角度出发,针对点阵结构的芯层失效模式,设计并制备双层改进型点阵夹芯结构,进行平压和三点弯曲性能测试,轴向压缩试验表明,中间面板缩短上下面板之间的距离,增加结构的抗压性能,详细分析中间板厚度为5mm和9mm对结构平压力学性能的影响。选取中间板为9mm的双层结构试件B和D进行仿真建模,并进行仿真计算结果与试验结果的对比分析。与同尺寸单层结构相比,双层结构大大提高结构的吸能特性,双层结构样本A和B的比吸能特性比单层结构REF1提高1倍,与单层结构REF2相比,样本C和D的比吸能特性增加了 125%和118%,这对于结构的安全来说具有重要意义。通过三点弯曲试验,测试双层夹芯结构的抗剪能力,试验结果表明,与单层夹芯结构相比,SA和SB结构芯子的剪切应力分别提高了 21.79%和21.65%。