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竹材具有多级复合结构,在细胞水平上,竹纤维细胞壁是一种层叠复合材料,增强体为纤维素微纤丝,木质素和半纤维素为无定形基体;在组织水平上,可将竹材视作以维管束为增强体,薄壁细胞为基体的两相结构胞体复合材料,而维管束沿竹材秆壁径向呈梯度分布,外密内疏,从而使竹材具有功能梯度复合材料的特点。所以,从形态学和力学的角度看,竹材具有既极其复杂又完美匹配的组织结构和力学功能。探索竹材组织结构与力学功能之间的关系,可从自然材料研究中获得新的关于材料组成构造与强韧功能关系的认识,以优化竹材的加工利用并为仿生材料的设计提供新的思路与理论依据。为探索竹材组织结构与力学功能之间的关系,本项目对基于微结构演化的竹材力学行为与破坏机制研究、数字散斑法用于测试竹材弹性性质的研究、天然竹纤维的物理力学性能与其组分之间的关系、竹材的韧性断裂、竹材层间断裂韧性的研究及节子的增韧贡献等方面进行了研究,得到如下结果:（1）通过对竹材的拉伸、压缩和弯曲大变形实验,建立了其相应拉伸、压缩和弯曲大变形应力-应变的关系,并通过显微加载装置对其在拉伸、压缩和弯曲载荷下显微结构包括竹纤维束、基本组织和维管束动态变化进行了研究。得到了竹材在大变形过程中竹纤维束、基本组织和维管束的变形演化及破坏,探明了竹材在不同承载形式下的破坏机制。（2）采用数字散斑法通过单轴拉伸实验和45°偏轴拉伸实验测试了竹材的弹性模量和剪切模量,得到竹材的弹性模量EL-middle=8572.82MPa（SD=870.35MPa）,EL-side=12264.17MP（SD=573.71MPa）,ET=1024.40MP（SD=105.77MPa）,E45°=1239.71MPa（SD=124.26MPa）,GLT=481.66 MPa（SD=53.09MPa）,变异系数均不超过12%。纤维束是竹材秆壁的主要承载组分,由于纤维含量与分布的影响,使得EL-middle<EL-side,随纤维方向与载荷方向之间的角度的增大,竹材的弹性模量的变化趋势为,EL-middle>E45°>ET。通过对比分析表明数字散斑法是一种简单有效的测试竹材剪切模量的方法。（3）采用手工剥离的方法提取竹纤维束,辅以激光测微装置更精准地获取纤维束在加载过程中的变形,探索了天然竹纤维的组织构造与其强韧功能的关系,得到:天然竹纤维拉伸试样平均抗拉强度和抗拉弹性模量分别为σf-average=523.20MPa,Ef-average=22.27GPa,平均破坏应变为εf-average=3.08%（SD=1.57%）;在竹壁径向上,从竹黄到竹青,天然竹纤维的的抗拉强度整体上呈平缓的增加趋势,而其抗拉弹性模量和拉伸破坏应变分别呈明显的增加和下降的趋势;通过对天然竹纤维断口的SEM图片分析,发现靠近竹黄侧的纤维基本以脆性断裂形式破坏,而靠近竹青侧的纤维多以韧性断裂形式破坏。（4）通过理论分析结合实验验证的方法研究了竹材单边缺口弯曲（SEB）试样横弯断裂过程中侧裂纹的扩展机制。将竹材SEB试样横弯断裂过程中的侧裂纹假设为Ⅰ型裂纹,结果表明的理论长度与实验测得的实际长度相近,相差不到10%。通过对侧裂纹断口和Ⅰ型断口形貌的SEM图像的对比分析证实了本文中假设的合理性,从而获得了竹材SEB试样横弯断裂过程中的侧裂纹的扩展机制。（5）探索了竹材Ⅲ型层间断裂行为,采用修正端部悬臂梁（MSCB）法测试得到竹材的Ⅲ型层间断裂韧性结果为GⅢMSCB=2.04N/mm（SD=0.40N/mm）;采用端部悬臂（SCB）法,分别采用柔度法和面积法计算结果为:GⅢCComp=2.38N/m（SD=0.74N/m）,GⅢCArea=2.20N/m（SD=0.36N/m）,差异很小;竹材的Ⅲ型层间断裂韧性为材料的基本属性,在发生Ⅲ型层间断裂时即横向剪切型或撕裂型断裂,竹材的层间裂纹扩展阻力主要来自于细胞壁的抗横向剪切强度与各组份细胞之间的界面强度的贡;竹材的Ⅲ型层间断裂EER明显高于人工复合材料的,而导致上述结果的主要原因是竹材与人工复合材料在组织结构上的差异。（6）分别采用端部切口弯曲梁（ENF）法和端部悬臂梁（SCB）法测试了毛竹材的Ⅱ型与Ⅲ型的层间断裂韧性。得到:竹节间试样和含节试样的Ⅱ型层间断裂韧性平均值分别为GⅡ节间=1371.54J/m2（SD=254.13/m2）和GⅡ含节=1711.53J/m2（SD=252.99J/m2）,含节材的Ⅱ型层间断裂韧性是节间材的1.25倍;竹节间试样和含节试样的Ⅲ型层间断裂韧性平均值分别为GⅢ节间=2641.21J/m2（SD=549.76 J/m2）和GⅢ含节=7387.09J/m2（SD=2645.31J/m2）,节子可以提高1.73倍的Ⅲ型层间断裂韧性;综合对比毛竹材Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型这三种层间断裂的研究结果,可知竹节能够明显提高竹材的层间断裂韧性,而节部独特的构造是造成上述结果的主要原因。