薄板木质材料剪切模量的动态检测

为实现薄板木质材料剪切模量的快捷检测,提出了一种悬臂梁自由振动的方法——悬振法,即通过测量试件在悬臂自由振动时的第一阶固有频率和衰减振动波形的对数减幅系数,来检测材料的剪切模量。利用自行研制的薄板类木质材料力学性能快速测量仪,对4种材质、6种规格的薄板木质材料试件进行了检测试验,且将测得的剪切模量与试件的弯曲弹性模量进行了相关性分析。结果表明:悬振法测得的剪切模量与材料弯曲弹性模量间存在非常显著的线性相关关系。      

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.      

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。     

落叶松材静、动弹性模量测试分析

木材不是完全弹性体,其力学性质具有明显的粘弹性。静态试验测试的静弹性模量和动态试验测试的动弹性模量有一定差别。文中对落叶松材纤维方向弹性模量的测试表明,落叶松材的动弹性模量比静弹性模量平均大15％左右。文中采用的锤击力振动梁测量系统测试动弹性模量快速、简便,并有较高的精度和可信度。     

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。      

单板层积材动态弹性模量的无损检测

利用振动无损检测方法,研究了在不同边界条件下杨木单板层积材的动态弹性模量,并且与常规静弹性模量进行比较,探索适合单板层积材弹性模量无损检测的方法。结果表明:对于不同的边界条件,单板层积材有不同的振型和固有频率,四边简支振动法与四边自由振动法测得的动态弹性模量平均值比较接近,回归分析表明二者之间具有密切的相关性;四边简支振动法比四边自由振动法操作简单,更容易实现;采用四边简支振动法、四边自由振动法测得的杨木单板层积材的动态弹性模量和国家标准的破损检测法测得的静态弹性模量在0.01水平下具有密切的相关性,静态弹性模量可以通过线性回归方程用动态弹性模量来表征。     

白桦材12个弹性常数的研究

该文结合木材的正交各向异性特征论述了木材的柔度系数与其工程弹性常数的关系 ,并采用电测法测试了白桦木材的 1 2个弹性常数 .试验结果表明 ,木材作为多孔性材料 ,粘贴应变片时 ,涂胶量不能过多或过少 .涂胶量过多则胶层太厚影响应变片性能 ;过少则粘贴不牢 ,不能准确传递应变 .木材作为正交各向异性材料 ,弹性常数间存在一定的相互联系 ,满足马克斯韦尔定理 ,该试验测定的试验数据基本满足这些联系 .从数据结果的检测来看 ,白桦弹性常数的测量是准确可靠的 ,证明电测法这一测试手段可行 .就剪切弹性模量的测试结果看 ,抗弯弹性模量的倒数与高和跨度之比的平方的线性回归相关系数较高 ,均大于 0 95 .这说明应用三点弯曲试验方法测试的剪切弹性模量值是可靠的     

意杨木材弹性模量3种方法检测的比较

为比较不同无损检测方法检测、评估意杨木材弹性模量的可行性和可靠性,分别采用应力波法、自由梁振动法和静态四点弯曲法实测一批苏北意杨锯材的弹性模量值,比较研究了3种方法下的意杨锯材弹性模量值的变异系数、准确指数及相关性。结果表明:3种方法测算的锯材弹性模量值间显著相关,相关系数均大于0.8,且三者中应力波法检测锯材的动态弹性模量值的变异系数和准确指数最小,依据原木应力波弹性模量对锯材进行分等,得到Ⅰ级品率为26.2%,Ⅱ级品率为56.9%,Ⅲ级品率为16.9%。可见,应力波法能够用于检测锯材弹性模量,并作为评定木材性质、预测其力学性能的方法,为中国木材行业锯材产品的最佳质量分等提供理论借鉴。     

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     

薄型刨花板的动静态弹性模量检测

传统的薄型刨花板弹性模量测定方法都是对试件进行3点或4点静态弯曲变形试验,测定过程复杂,消耗时间长,并且对试件造成破坏.利用自行研制开发的基于悬臂自由振动和悬臂弯曲原理的薄板类木质材料力学快速测量仪,对3种规格的薄型刨花板的动态弹性模量和静态弯曲弹性模量进行检测,并对测量结果进行相关性分析,同时利用3点弯曲法测量了相同试件的3点弯曲弹性模量加以对比验证.结果表明:悬臂振动动态弹性模量均值大于悬臂弯曲静态弹性模量,且两者之间总体相关系数达到0.98,在0.01水平上呈显著相关;悬臂振动动态弹性模量与3点弯曲弹性模量间的总体相关系数达到0.75,在0.01水平土呈显著相关,说明可以利用薄板类木质材料力学快速测量仪快速测量薄型刨花板的弹性模量.     

MDF弹性模量、泊松比和剪切模量静态测试方法探讨

提出了一种静态测试MDF泊松比μ和弹性模量E的新方法,即悬臂板静态弯曲法。首先,阐述了悬臂板静态弯曲法测试MDF泊松比和弹性模量的原理。根据MDF悬臂板受集中力作用下静态弯曲应力、应变分析,确定了静态测试MDF泊松比的十字应变片粘贴位置。为说明悬臂板静态弯曲法测试MDF弹性模量和泊松比的正确性,采用轴向拉伸法、四点弯曲法进行MDF的弹性模量和泊松比值的验证试验。最后,针对MDF为各向同性材料特点,通过方板静态扭转试验测得的剪切模量G,验证悬臂板静态弯曲法测试弹性模量和泊松比的正确性。结果表明:悬臂板静态弯曲法中,用于测试泊松比的应变片粘贴位置由板内横向应力σ_y=0的位置所确定;悬臂板静态弯曲法和轴向拉伸法测试的MDF的泊松比和弹性模量吻合得相当好,悬臂板静态弯曲法测试泊松比和弹性模量的正确性得到轴向拉伸试验的验证;悬臂板静态弯曲法测试MDF弹性模量E、泊松比μ的正确性还得到方板静态扭转试验的验证,即根据悬臂板静态弯曲法测试得到MDF的弹性模量和泊松比,并按G=E/2(1+μ)推算剪切模量G是可行的。      

用自由振动法研究木材的动弹性模量

弹性模量是木材的重要力学性质。到目前为止,仅通过拉伸、压缩或弯曲试验测得了木材的静弹性模量。研究表明,木材在静载和动载下的弹性模量有所不同。作者通过试验摸索并参照有关文献,用自由振动法研究了椴木的动弹性模量。这为在动态情况下合理地使用椴木开辟了一个新的途径。试验表明,自由振动法是研究木材动弹性模量的一种简捷、快速、准确的测定方法。用该方法还可进一步研究不同种类木材的动弹性模量以及周围环境,例如温度、湿度等对木材动弹性模量的影响。     

非简谐振动对 Fe1-x CoxSi合金热力学性质的影响

建立Fe1-xCoxSi合金的物理模型,应用热力学和固体物理理论,得到系统的吉布斯函数和自由能以及德拜温度、弹性模量、热容量随温度变化的解析式,探讨了非简谐效应以及杂质浓度对Fe1-xCoxSi合金热力学性质的影响.结果表明:(1)合金Fe1-xCoxSi的德拜温度和弹性模量均随温度升高而减小,但变化非常缓慢,而定压热容量随温度升高而非线性地增大,其中温度较低时,近似遵从T3次方定律;(2)Fe1-xCoxSi的德拜温度、弹性模量、定压热容量以及非简谐项对热容量的影响均随含钴杂质浓度的增加而增大;(3)若不考虑原子的非简谐振动,则合金的德拜温度和弹性模量为常量.在考虑到原子非简谐效应项后,则随温度变化而变化.温度愈高,杂质浓度和非简谐振动对合金热力学性质的影响愈显著.     

水稻茎秆节间弹性模量和拉伸强度极限的研究

在齐穗后15 d和成熟期,分别测量了4个不同水稻品种(系)茎秆3个不同节间的弹性模量、拉伸强度极限,以及节间横截实面积、节间茎粗、节间茎壁厚,并作了差异显著性测验和相关性分析。发现同一水稻茎秆不同节间弹性模量、拉伸强度极限都随茎秆的成熟而增大,大小顺序一般为:第2节间>第3节间>第4节间,它们的差异显著性与水稻品种(系)、发育时期有关;不同的品种(系)茎秆同一节间的弹性模量和拉伸强度极限存在差异,差异显著性受品种(系)的遗传特性、节间位置和发育时期影响;节间横截面积、节间茎粗、节间茎壁厚与节间拉伸强度极限、弹性模量存在负相关。     

基于纤维角预测的针叶材抗压弹性模量建模方法

目的针叶材的管胞不仅具有输导养分的作用，而且具有较强的支撑能力，其管胞分布状态影响着木材力学特性。探究管胞分布状态与木材力学特征的内部关系对实现木材抗压弹性模量的预测有重要意义。方法本研究从针叶材管胞效应入手，设计了一套集光源发射、光斑采集与分析、木材遍历为一体的纤维角检测平台，构建了木材纤维角分布与其抗压弹性模量的数值关系模型。首先，利用最小二乘法拟合投射在木材表面激光光斑的椭圆轮廓，完成纤维角测量；然后，通过分析纤维角测量误差，选用系数为20的均值滤波方法以提高纤维角测量精度；通过对木材遍历采样，完成纤维角分布的采集；最后，以木材两个面上纤维角分布的均值、潜入系数与标准差为输入，以试样的抗压弹性模量为输出，构建了6输入1输出的4层神经网络，完成抗压弹性模量的预测。按照GB/T 15777—1995《木材顺纹抗压弹性模量测定方法》加工了落叶松试样100个，应用检测平台采集了相应试件的纤维角分布后，采用力学试验机得到对应力学真值，按照3:1的比例划分训练样本与测试样本。结果平均滤波次数选取20时，该设备纤维角采集测量误差达到0.65°以下；分别构建了以双面纤维角分布特征、单面纤维角分布特征以及双面纤维角分布特征均值为输入，抗压弹性模量为输出的网络预测模型。实验比较发现:以双面纤维角分布特征为变量的网络模型预测精度上优于其他两组，此时网络预测的抗压弹性模量准确率达到90.80%。结论应用纤维角分布特征可以实现针叶材抗压弹性模量的有效预测。最小二乘拟合与均值滤波法的结合可以有效、准确地表达纤维角的特征信息。纤维角的均值、潜入系数与标准差可以有效描述纤维角的分布特征。在构建木材抗压弹性模量时，木材双面的纤维角分布特征对其抗压弹性模量预测精度最高。