各向同性人造板材料弹性模量测量及其标准差评价

弹性模量是衡量人造板材料力学性能的重要指标,用标准差法对其进行综合评价尤为必要,对其实测及方差分析具有较好的应用价值。采用三点弯曲静力法和悬臂梁自由端振动法,测定各向同性HDF、三合板和OSB试材的静弹性模量和动弹性模量。在实测数据分析中,为反映总体弹性模量实测值数据集的离散程度及落在样本统计值某一区内的概率,还确定了其置信区间,评价了置信度。结果表明:各向同性人造板材料的静弹性模量和动弹性模量测试结果一致,其置信区间越大,置信水平越高。     

基于微钻阻力的落叶松弹性模量快速检测

以落叶松(Larix gmelinii)新鲜材、古建筑旧材为试验材料,运用微钻阻力仪对其内部的微钻阻力进行了快速检测,分析微钻阻力与两种落叶松材弹性模量之间的相关性及利用微钻阻力快速评估木材弹性模量的可行性.结果表明,对于新鲜落叶松材料,其微钻阻力检测值与弹性模量呈显著线性相关,可以利用微钻阻力较好地评估其弹性模量,且二者相关系数为0.831 9;对于古建筑的落叶松材料,利用微钻阻力快速检测弹性模量的精度则相对较差,二者相关系数为0.341 5,需结合其他检测指标综合进行判断.     

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。     

落叶松规格材足尺弯曲性质研究

参照GB 50329-2002《木结构试验方法标准》对经过目测分级的2种尺寸(截面尺寸为40 mm×90 mm和40 mm×140 mm,长度均为4 000 mm)兴安落叶松规格材进行了静态弯曲试验,测试了其抗弯弹性模量(MOE)和抗弯强度(MOR)。结果表明:40 mm×90 mm和40 mm×140 mm两种规格材Ⅰc、Ⅱc和Ⅲc等级的MOE平均值分别为15.0、13.0、13.2和15.7、14.0、15.6 GPa;40 mm×90 mm规格材Ⅰc、Ⅱc和Ⅲc等级MOR的特征值(5%分位值)分别为37.5、26.72和24.85 MPa,40 mm×140 mm规格材Ⅰc、Ⅲc等级MOR的特征值(5%分位值)为27.95和24.2 MPa;Ⅰc等级的力学强度特征值明显高于Ⅱc和Ⅲc等级;落叶松规格材的MOR、MOE的相关性较好。落叶松规格材足尺弯曲力学性质研究可以为国产结构材的分级技术提供依据,也为国产结构材的设计应用提供参数。     

重组木与重组竹抗弯性能的比较

以杨木和毛竹为原料,制造了重组木和重组竹。对重组木和重组竹的抗弯弹性模量(MOE)和静曲强度(MOR)进行测试和分析。结果表明:密度在0.7g/cm3以上时,重组竹的抗弯弹性模量比重组木的性能好,弹性模量与密度呈线性相关;重组竹和重组木的静曲强度与密度间呈二次相关,重组竹密度在0.8g/cm3以下时,其静曲强度比重组木略低,密度在0.8g/cm3以上时,重组竹的静曲强度比重组竹的略高。将重组竹在低密度下的高弹性模量与杨木相对较高的静曲强度相结合,制造的木竹重组材可以制造出轻质高强的新型结构材料。     

基于虚拟仪器的木材振动无损检测系统研究

采用研华公司的PCI-1712L数据采集卡和北京声望公司的MPA201传声器构建了木质复合材料无损检测虚拟仪器系统。在图形化虚拟仪器开发环境Labview6.1下开发了应用软件,测试中的数据采集的控制以及数据处理都由软件完成。应用虚拟仪器系统进行了振动无损检测试验。结果表明,用虚拟仪器测得的动弹性模量与FFT测得的动弹性模量的相关系数为0.958,与力学试验机测得的静态弹性模量的相关系数为0.874,呈高度线性相关,可以用虚拟仪器来测定木材动弹性模量;虚拟仪器技术在木质复合材料无损检测方面具有结果准确、操作简单和成本低等优点。     

熏蒸处理对落叶松木材颜色和力学强度的影响

为研究熏蒸处理对木材颜色和力学性能的影响，采用氧硫化碳(COS)、溴甲烷(MB)和硫酰氟(SF)分别在3种不同质量浓度下对落叶松材进行熏蒸处理，用色差分析、力学性能测试、电子扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和红外光谱分析(FTIR)对熏蒸前后木材的物理力学性能和官能团变化进行表征。结果发现:1)使用3种熏蒸剂处理后，落叶松材的颜色均发生明显变化，其中COS熏蒸处理对试样的明度(L*)、红绿轴色度指数(a*)的影响最小；2)落叶松材经过COS熏蒸处理后，顺纹抗压强度、静曲强度、弹性模量均下降，其中顺纹抗压强度下降最明显，在熏蒸剂质量浓度为124.2 g/m3时，顺纹抗压强度下降幅度达13.09%，而静曲强度和弹性模量分别下降9.38%、8.66%；经MB、SF熏蒸处理后，试样的顺纹抗压强度、静曲强度、弹性模量均无明显变化；3)熏蒸后的落叶松材表面微观结构未发生明显变化，但COS熏蒸后木材表面的S元素和SF熏蒸后木材表面的F元素分布密度均有所增加；4)在落叶松红外光谱图中，经MB、SF熏蒸后，碳氧双键和碳氢键明显增多；COS熏蒸后，半纤维素上的碳氧双键伸缩振动减弱，芳香环骨架上的碳氧双键的伸缩振动加强，木质素相对含量增加。      

振动方式测定木材弹性模量

该文介绍了振动法测定木材弹性模量的理论依据,组建了由脉冲锤、加速度计、计算机等组成的测试系统,对测试基本方法进行了试验研究.发现横向振动方式可以有效地测得木板试材的固有频率值,测定效果好;而纵向振动方式不能测得试材的固有频率值,不能作为测量木材弹性模量的方法.在横向振动测量方式中,激振点与拾振点间距离应位于试材两端部附近,两者间间距应尽量远.通过与静态测试结果比较,发现振动方式测得的弹性模量值比静态方式测得的稍大.      

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。     

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.      

含水率对樟子松细胞壁弹性模量和硬度的影响规律

为探明水分对木材细胞壁力学性能的影响，选取樟子松为对象，利用热水、1%氢氧化钠以及苯-乙醇溶液在80 ℃、6 h、固液比1:20的工艺条件下对试样进行抽提处理，抽提后的木材样品加工成金字塔形，然后对试样进行吸湿处理并且调控试样含水率，借助纳米压痕测试研究含水率对木材细胞壁力学性能的影响，并建立机理模型做进一步分析。结果表明，随着含水率的增加，木材的纵向弹性模量与硬度，均出现了一定程度的下降。分析发现，水分子进入细胞壁后与游离羟基形成氢键，随着含水率增加，会被部分原有的氢键破坏，并与之前进入的水分子形成氢键，在内部形成水分子簇，增大了细胞壁分子链之间的距离，使空隙增多，进而降低木材的弹性模量，且水分会使木材细胞壁主成分逐渐软化，硬度降低。     

杉木木材纵向弹性模量二元预测模型的构建

为构建稳健、实用的木材纵向弹性模量预测模型,以人工林杉木木材为研究对象,分别测定了同一非标无疵小试样的气干密度、微纤丝角和顺纹抗拉弹性模量,构建了以木材密度或微纤丝角为单一变量及二者的特定组合为自变量的3种纵向弹性模量预测模型。结果表明,3种预测模型的预测精度存在显著差异。以密度与微纤丝角比值为自变量所构建的预测模型的决定系数最高、预测残差标准差最小。该模型证实,密度和微纤丝角共同影响木材的顺纹抗拉弹性模量。对于杉木,影响其顺纹抗拉弹性模量的关键因子是密度。      

木材动态粘弹性的含水率依存性

该文研究了不同含水率平衡态下杉木人工林木材的动态粘弹性质.测定的温度范围为-120~40℃,频率范围为0·5~10Hz.结果表明:①随着含水率增加,木材的贮存模量随温度升高而降低的程度增大.②在测定温度范围内观察到两个力学松弛过程,较高温度域的α力学松弛过程是由低分子量的半纤维素发生玻璃化转变引起的;低温域的β力学松弛过程是基于木材细胞壁无定型区中伯醇羟基的回转取向运动与吸着水分子的回转取向运动两者叠加而成.③力学松弛过程的损耗峰温度随着含水率的增加而降低,随着测量频率的增加而向高温方向移动.④力学松弛过程的表观活化能随着含水率的增加而减小.     

化学处理木材的动态粘弹性研究

为了弄清楚不同化学试剂处理引起木材内部分子构造的变化及其分子的运动状态,该研究针对杉木试材,采用动态粘弹性分析仪,测定了含水率在纤维饱和点状态下脱木素处理木材、DMSO处理木材和非晶化处理木材以及素材,在-100～10℃、0.5～10 Hz的动态粘弹性.研究结果表明:①在-100～10℃范围内观察到两个松弛过程,-30℃附近的α松弛过程和-100℃附近的β松弛过程;②频率越高,损耗模量峰值对应的温度越高,贮存模量随着温度的升高而降低;③α松弛过程中非晶化处理木材的活化能最高,DMSO处理木材次之,脱木素处理木材与素材接近;④木材发生α松弛过程的主要原因是吸着水分子的回转取向运动,发生β松弛过程的主要原因是无定形区细胞壁物质中的伯醇羟基基团的运动.      

冻材主方向弹性模量微观力学求解理论

采用复合材料力学的微观力学理论,在横观各向同性的假设下,提出了一种计算冻材主方向弹性模量的理论求解方法。应用提出的理论,可以根据纤维素、木质素、细胞直径和冻结的程度。求出冻结状态下木材的主方向弹性模量。为木材力学中的冻材分析提出了一个新的解决方法,并且可以定量解释木材冻结后硬度与弹性模量提高的原因。     

应力波技术检测古建筑木构件残余弹性模量的初步研究

采用无损检测技术对古建筑木结构安全进行定量评价,对古建筑木结构维修和保护具有重要的现实意义。采用应力波测定仪FAKOPP对塔尔寺大金瓦殿的脊檩、檩、梁、承椽檩、房椽等五种木构件的动弹性模量进行了测定,结果表明:应力波无损检测可以有效的测定残余木构件的力学强度,不同种类木构件弹性模量保持率与其承重作用大小相关。     

小麦茎秆截面椭圆化影响因素研究

以郑麦9023为材料,在小麦灌浆期测试第2节间去鞘茎秆的弯曲强度,并对测试数据进行了回归分析;建立了小麦茎秆模型,利用力学理论分析了小麦茎秆截面椭圆化的影响因素。理论分析、试验测试结果一致表明,壁厚与外径比值越大,弹性模量越大,小麦茎秆截面越不易椭圆化。因此,提高茎秆节间的弹性模量,增大壁厚与外径比值,可以增强抗倒伏能力,避免小麦茎秆弯折倒伏。