基于SHPB试验的桦木压缩动力学特性

【目的】利用木材动态压缩加载试验研究热磨机研磨解离破碎阶段木材原料受动态压缩载荷的动力学特性，并研究应变率、加载方向对木材原料动力学特性的影响，旨在深化木材原料研磨解离机制的研究，为热磨法纤维分离设备及磨片的齿形结构优化设计提供理论指导。【方法】利用 Hopkinson 杆试验装置对含水率为12.65%、密度为0.50 g·cm －3的桦木试件进行应变率约为400，800，1200 s －1，加载方向为径向、弦向和轴向的动态压缩试验，获得桦木在不同应变率及方向上动态压缩加载的解离特征、动态应力－应变曲线及相应的力学特性。【结果】对比分析各组试验后试件的破坏形态发现：1)当应变率约为400 s －1时，径向、弦向和轴向加载的试件主要发生塑性变形；2)当应变率约为800 s －1时，径向加载试件被解离成几大块，并且有一些“火柴棍”状的小试件从大试件上剥离；弦向加载试件沿加载方向上产生更大的塑性变形，并且在试件上、下两端处沿加载方向产生贯穿性裂纹，试件被解离成三大块；轴向加载试件受载面边缘处的纤维大量产生压溃现象，在加载面上产生贯穿性裂纹且有片状小试件从大试件上剥离；3)当应变率约为1200 s －1时，径向加载试件被解离成大量“火柴棍”状的小试件，并且小试件的尺寸明显小于应变率为800 s －1时；弦向加载试件沿加载方向上产生的塑性变形与应变率为800 s －1时相当，但是试件上端处被解离成许多片状的小试件，并且沿加载方向试件上产生了数条贯穿整个试件的大裂纹；轴向加载试件被解离成大量短粗状的小试件，并且小试件上带有明显的褶皱。对比分析各组试验试件的应力－应变曲线发现：1)动态压缩加载条件下桦木的应力－应变曲线可以由屈服点应变分为弹性阶段和屈服后弱线性强化阶段2部分；2)桦木沿径向加载应变率约为400，800，1200 s －1时，其屈服强度和韧性模量分别为4.56，10.49，14.22 MPa 和2.88，8.32，20.70 kJ·cm －3，应变率从400 s －1增加到1200 s －1时，屈服强度和韧性模量分别增加了2.11和6.19倍；3)桦木沿弦向加载应变率约为400，800，1200 s －1时，其屈服强度和韧性模量分别为5.87，7.90，9.65 MPa 和2.53，7.41，12.92 kJ·cm －3，应变率从400 s －1增加到1200 s －1时，其屈服强度和韧性模量分别增加了0.64和4.10倍；4)桦木沿轴向加载应变率约为400，800，1200 s －1时，其屈服强度分别为22.90，71.41，96.37 MPa 和18.79，67.74，114.32 kJ·cm －3，应变率从400 s －1增加到1200 s －1时，其屈服强度和韧性模量分别增加了3.21和5.08倍。【结论】随着应变率的增加，桦木的解离程度加大，径向加载最易解离，轴向加载最难解离；桦木的动态压缩屈服强度、动态压缩韧性模量具有很强的应变率敏感性，是一种应变率敏感材料。

Research on Dynamic Compression Characteristics of Birch Wood Based on SHPB Test