3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态研究

  目的  研究完全自由、四节点支承和两对边简支3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态,为开展3种边界条件下足尺定向刨花板弹性常数振动检测结果的对比研究奠定基础。  方法  以4种厚度的足尺定向刨花板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphysics对完全自由、四节点支承和两对边简支的足尺定向刨花板进行了模态灵敏度分析,分别确定这3种边界条件下对其长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量这3个弹性常数灵敏度最高的模态;通过试验模态分析测得足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶振动模态参数,并对比和分析其在这3种边界条件下的振动模态参数检测结果。  结果  计算和试验模态分析得到的这3种边界条件下足尺定向刨花板的前9阶模态振型形状和阶次分别是相同的;足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶模态中,除模态（m, 0）、（0, 2）和（1, 1）外,其余模态均为单一方向的弯曲和扭转或不同方向弯曲的叠加模态;用于计算足尺定向刨花板长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量的最高灵敏度模态,在完全自由下为模态（2, 0）、（0, 2）和（1, 1）,对应阶次分别为第2、4和1阶;在四节点支承下为模态（2, 0）、（0, 2）和（2, 1）,对应阶次分别为第1、4和3阶;在两对边简支下为模态（2, 0）、（2, 2）和（2, 1）,对应阶次分别为第1、5和2阶。  结论  从振型角度说明基于计算模态分析方法和试验模态分析方法分别进行3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度分析和振动模态测试具有可行性。      

用振动方式测定足尺人造板弹性模量

为了无损检测足尺人造板的弹性模量,提出一种基于薄板横向自由振动原理的测定方法。利用自行开发的足尺人造板力学性能检测试验装置,以206张足尺人造板为试验对象,包括86张刨花板和120张胶合板,进行了测定试验。同时,从每张板材上裁制6块小试件,通过传统的小试件3点弯曲检测法来获得静态弹性模量,并将2种检测方法的结果进行对比。结果表明:以所有足尺人造板为研究对象,足尺人造板动态弹性模量比其静态弹性模量稍大,两者比值为1.03~1.22;2种检测方法获得的足尺人造板弹性模量值间的相关系数为0.94（P<0.001）,证明基于薄板横向自由振动原理的足尺人造板弹性模量振动方式测定是可行的。图5表4参19     

足尺人造板力学性能无损检测研究进展

弹性常数（弹性模量和剪切模量）、强度常数与动态黏弹性是表征足尺人造板力学性能非常重要的3项指标，而弹性常数与强度常数间关系密切，因此，无损检测足尺人造板的弹性常数和动态黏弹性是其力学性能无损检测研究的焦点。本文首先对人造板力学性能及其检测方法进行了概述和归纳，然后对国内外人造板弹性常数和动态黏弹性振动检测研究现状作了汇总与分析，同时指出了足尺人造板力学性能振动检测已有研究存在的不足，并介绍了笔者所在课题组针对面向力学性能评估的足尺人造板振动检测研究的开展情况。足尺人造板力学性能无损检测下一步科研的目标是建立一种基于振动检测理论的面向结构用足尺人造板整板力学性能的快速、无损检测和评估的技术和方法。其研究成果可以为将来实现结构用足尺人造板实验室环境下的快捷抽检及生产线上的力学性能普检和分等奠定理论基础。      

3种无损检测技术评估足尺规格材的静态弹性模量

首先利用横向振动、纵向基频振动和超声波3种无损检测法获得天然林樟子松Pinus sylvestris var.mongolica足尺规格材（38 mm×89 mm×4 000 mm）和人工林杉木Cunninghamia lanceolata足尺规格材（45 mm×90 mm×2 500 mm）动态弹性模量,同时根据D198-99（American Society for Testing and Materials）标准测试了其静态弹性模量;进而通过探讨动态与静态弹性模量之间的相互关系。研究结果表明,无论对哪种木材的规格材,利用上述3种无损检测方法获得动态弹性模量（Etv,Efr,Eusw）与静态弹性模量（Etru）平均值之间的关系为：Eusw〉Efr〉Etru〉Etv;动态弹性模量与静态弹性模量之间的线性相关极显著,表明这3种无损检测方法均可以用于评估规格材的静态弹性性质;从设备的方便、可靠和易操作等方面综合考虑,利用纵向基频振动法来评估规格材的静态弹性模量,其预测效果更为理想;天然林樟子松和人工林杉木比较而言,动静态弹性模量线性相关决定系数前者大于后者,即预测天然林樟子松规格材效果更好。     

支撑形式对振动式锯材弹性模量测定影响的研究

基于横向振动原理的锯材弹性模量测量方法具有快速、无损、足尺测量等特点。该文讨论了两端刚性简支支撑和一端刚性、一端弹性支撑两种支撑形式下,锯材弹性模量检测的理论依据。在以实际生产应用为目标的检测仪器开发中,一端支撑要包含测力传感器,用于传感锯材的重量和振动信号。结果表明:测力传感器端的支撑相当于一种弹性支撑,它会造成试件固有频率测量值比实际值低,进而给试件弹性模量测量值带来误差。这一固有频率测量值减小幅度与试件--支撑刚度比有关:试件--支撑刚度比越小,减小幅度越小。一般情况下,如果将试件--支撑刚度比控制在0～0.005范围内,则会测得足够精确的弹性模量值。      

足尺中密度纤维板振动模态分析

为了利用振动法无损检测足尺中密度纤维板整板的弹性模量,对足尺中密度纤维板的振动特性进行研究。为了求解足尺中密度纤维板在自由振动下的模态参数,对3种厚度的足尺中密度纤维板,分别进行计算模态分析和试验模态分析,并对其自由振动形式下,前3阶模态振型和频率进行对比和分析。结果表明:1)3种不同厚度的足尺中密度纤维板表现出了相同的振动模态形式:第一阶、第二阶振型都是沿着长度方向的弯曲振动,第三阶振型则是沿着宽度方向的弯曲振动;2)计算模态分析和试验模态分析所得到的频率结果有一定的差距,其中,第一阶模态计算频率稍小于试验频率,第二和第三阶模态计算频率均大于试验频率;但计算模态频率与试验模态频率间有很好的相关性,决定系数达到了0.981 6。     

基于响应面模型的竹胶合板模板力学性能优化

为实现竹胶合板模板力学性能的优化,以竹胶合板模板纵、横方向的静曲强度和弹性模量作为力学性能优化评价的基本指标,运用正交试验与数值模拟相结合的方法,构建了竹胶合板模板工艺参数和力学性能指标的二阶响应面模型。基于该响应面模型,利用Pareto遗传算法对竹胶合板模板力学性能进行多目标优化,获得了10个Pareto解。通过对10个Pareto解与初始值力学性能进行比较与分析,结果表明:纵向静曲强度平均提高了12.80％;横向静曲强度平均提高了14.75％;纵向弹性模量平均提高了14.11％;横向弹性模量平均提高了8.59％。      

厚胶合板弹性模量预测模型

为了预测厚胶合板弹性模量,通过简化层合板理论,该文建立了胶合板弹性模量预测模型,并以单板条、经过涂胶热压处理的单板条和相同工艺条件下的单板层积材的弹性模量,采用4种不同铺层方式的19层桉树胶合板对模型进行了验证。结果表明:3种预测值与实测值的趋势一致,相关系数R2顺纹在0.86以上,横纹在0.88以上,但是精度不同。采用单板条弹性模量预测的胶合板弹性模量比实测值偏低;采用经过涂胶热压处理后的单板条弹性模量预测的胶合板弹性模量比实测值偏高;采用相同工艺条件下的单板层积材弹性模量预测的胶合板弹性模量与实测值偏差较小,顺纹平均误差为4.64%,横纹平均误差10.94%。因此,采用相同工艺条件下的单板层积材的弹性模量来预测胶合板的弹性模量是可行的。      

正交各向异性木质平板在均布载荷下挠曲面的研究

胶合板、细木工板、刨花板等用作家具及木结构构件时的变形,可按正交各向异性平板理论进行理论分析,且用微分方程来描述。本文通过广义简支边法和直接求解法,对在均布载荷下,两对边简支,另两对边自由的正交各向异性平板弯曲微分方程的解进行了理论推导及分析。得出如下结论:①两种推导方法所得结果可变换成完全相同的表达形式;②不同条件下级数解的收敛速度均很快;③纠正了日本学者平岛义彦关于此问题研究的部分失误;④理论计算值与部分实测值之间尚存在一定偏差,有待于进一步研究。     

云杉木材钢琴共振板振动特性的研究

钢琴共振板是钢琴最重要的部件之一,对钢琴声学品质有决定性的影响。研究共振板振动特性对提高钢琴产品质量具有重要的意义。该文在分析钢琴共振板基本振动理论的基础上,得出了自由振动的频率方程。并以俄罗斯远东红皮云杉、东北长白鱼鳞云杉、西藏林芝云杉、美国西加云杉4个树种共8块共振板(每个树种2块)为研究对象,采用基于打击音的快速傅立叶变换频谱分析方法,测定了计算共振板弹性模量等参数所必须的(2,0)、(0,2)、(1,1)、(2,2)阶振动频率。应用自由振动频率方程计算了共振板的弯曲刚度与扭转刚度,进而计算共振板不同方向的动态弹性模量、纵波传播速度。分析共振板振动特性与钢琴声学品质主观评价、客观评价指标之间的关系得出,共振板y方向振动特性与钢琴声学品质之间的关系比x方向显著。随着共振板的弹性模量与纵波传播速度的增大,钢琴声学品质提高,尤其是共振板y方向的弹性模量与纵波传播速度值,对钢琴声学品质影响显著。这也说明了共振板y方向的振动特性参数检测对于钢琴声学品质评价的重要性。      

贵州省主要人造板产品的甲醛释放量研究

[目的]分析人造板产品的甲醛释放量特征及变化,有助于质量监督部门对产品进入市场前的监督、为消费者提供必要的人造板甲醛释放量警戒。[方法]采取厂家样品送检、进厂(场)抽检相结合的办法,对省内人造板产品的甲醛释放量进行监测,持续时间3年。[结果]连续3年的定位抽检和送抽表明,贵州省主要人造板大干燥器法的平均甲醛释放量排序为胶合板>中密板>细木工板>刨花板>饰面板>强化板,相应值为15.934、8.280、6.913、5.717、2.668和0.925 mg/L。甲醛释放量均值较高者变动幅度较小。甲醛释放量频率分布中,强化板、细木工板和刨花板呈"偏左型"偏态分布,胶合板和饰面板呈均匀分布,中密板呈"偏右型"偏态分布。除强化板外,不同人造板甲醛释放量的大、小干燥器测定法之间有着紧密的直线关系,可作为不同方法间的数据转换和预测依据。产地、规格和生产时间对人造板甲醛释放量有影响,均未达显著水平。[结论]不同人造板产品的甲醛释放量存在差异,产地、规格和生产时间对人造板甲醛释放量有影响,均未达显著水平。     

竹片质量对竹帘胶合板静曲强度与弹性模量的影响

采用不同质量的竹片（竹篾）,按产品特定的结构与工艺要求,制造用于车箱底板的32．0mm竹帘胶合板。通过对其纵向静曲强度与弹性模量的测试与分析,研究制造车箱底板用的竹片（竹篾）的质量优化方案。结果表明：①竹片厚度误差、不规则弯曲程度越小,表面质量越好,缺陷越少,产品的纵向静曲强度与弹性模量越高;②厚度误差小于0．2mm的A类竹片制成的竹帘胶合板,其静曲强度与弹性模量达到较高值,分别为124．5MPa和7468．3MPa;④竹片厚度误差与表面质量对竹帘胶合板强度影响显著,竹片质量较好的A类竹片制成的竹帘胶合板的静曲强度为竹片质量一般的E粪竹片制成的竹帘胶合板静曲强度的3倍,弹性模量则提高了45％。图13表3参12     

基于DASP的压力管道振动模态试验与分析

[目的]通过开展泵站管道系统振动模态试验,客观地分析管道振动状态并评估其运行的稳定性。[方法]采用DASP(Data Acqui-sition&Signal Processing)软件对甘肃省景电工程总干二泵站4#管道进行振动模态试验。[结果]利用随机子空间(SSI)法进行模态参数辨识,并与特征系统实现算法(ERA)对比,得到了可靠的1～4阶频率和阻尼,并由此进行振型分析。[结论]将DASP应用于压力管道振动模态试验,不仅获得管道高阶频率、阻尼及振型,得到管道不同位置的振动状态,还可为解决同类型管道运行中的振动问题,因此,在工程实践中具有较好的推广价值。     

荻草制备刨花板工艺及性能的研究

[目的]以荻草为原材料研究制备刨花板的工艺及性能优化。[方法]以荻草为研究对象,制备荻草刨花板,研究板材密度、施胶量、制备工艺对荻草刨花板弹性模量、静曲强度、内结合强度和吸水厚度膨胀率的影响。[结果]密度、施胶量和制备工艺都对荻草刨花板性能指标具有显著的影响;在施胶量为14%,板密度高于0.75 g/cm3,热压温度180℃,板坯含水率24%,防水剂添加量1.0%时,无论是整株荻草刨花板,还是茎秆荻草刨花板,其弹性模量、静曲强度、内结合强度和吸水厚度膨胀率都超过了国家标准GB/T 4897.3-2003的要求。[结论]通过研究荻草制备刨花板工艺优化了荻草刨花板的性能。     

横向振动方法评估大尺寸规格材静态抗弯弹性性质

该文通过比较大尺寸规格材动态和静态弹性模量之间的相互关系，探讨利用横向振动方法预测大尺寸板材抗弯弹性性质的可行性. 根据ASTM D198-99和ASTM D4761-96标准分别测定了加拿大针叶树商品材云杉-松-冷杉类大尺寸规格材 (38 mm×89 mm×3 658 mm) 的静态抗弯弹性模量E1和E2，并通过横向振动无损检测设备得到的动态弹性模量Etv对静态测试结果进行预测. 试验结果显示，横向振动方法得到的动态弹性模量Etv的平均值最大，比静态抗弯弹性模量E1和E2的平均值分别高5%(0.56 GPa)和15% (1.46 GPa). 动态弹性模量Etv与静态载荷方法测得的E1和E2都具有很好的相关性，相关系数分别为0.853 和0.881，均在0.01水平上呈显著相关. 该研究表明，横向振动方法能够快速准确地预测大尺寸规格材的静态抗弯弹性性质，是一种具有发展潜力的无损检测评估技术.      

基于应力波的意杨原木、单板及LVL弹性模量相关性研究

评估原木制成的单板、单板层积材（LVL）制品的品质,为原木进行适时最佳分等提供方法,以提高其利用价值。采用应力波无损检测法测定意杨原木、及其单板和LVL制品的动态弹性模量（MOE）值,并研究三者之间的相关性,同时,对LVL进行抗弯力学性能试验,检测其静态MOE值,与其动态MOE进行对比验证。结果表明:用应力波无损检测方法测定意杨原木的动态MOE值与其单板和LVL的动态MOE值之间均有较高的相关性（相关系数R＞0.80）,且LVL动、静态MOE之间呈显著相关（R＞0.90）。