三种典型竹质工程材料纵向弹性模量评价

以重组竹、竹束单板层积材（BLVL）、竹集成材为代表的竹质工程材料受到越来越多的关注和应用。文中采用超声波法、自由横向振动法和力学法分别对上述3种典型竹质工程材料的纵向动态弹性模量（MOE）进行评价比较,结果表明,横向自由振动法能较为快速、准确和无损地评价出竹质工程材料的MOE,MOE的变异系数与其自身铺装结构有关;重组竹、BLVL和竹集成材的一阶共振频率分别为455.73、380.41和487.62 Hz;超声波在竹集成材的纵向上传播速度最快,重组竹其次,BLVL最慢;三点弯曲力学测试发现3种竹质工程材料的断裂模式不同,全顺向的重组竹为竹纤维拉断和界面剪切破坏,纵横组坯的BLVL为横向竹束拉断以及竹/木复合界面分层,而更多体现实竹性能的竹集成材为底层竹材维管束拉断和拔出破坏,其断裂载荷为重组竹> BLVL >竹集成材,而断裂位移为竹集成材> BLVL >重组竹。     

热压法制备速生杉木集成材工艺

采用脲醛树脂胶粘剂，运用热压胶合工艺，对速生杉木进行指接与侧拼胶合后制成集成材，并进行横向静曲强度和弹性模量测试：分析热压法制备速生杉木集成材的工艺可行性，讨论侧拼压力、胶合时间与热压温度对速生杉木集成材横向静曲强度与弹性模量的影响，为速生杉木集成材的热压法生产提供理论依据。试验结果表明，在本研究试验条件内，采用脲醛树脂作为胶粘剂，运用热压法制备速生杉木集成材是可行的。     

Timoshenko自由梁迭代法计算木材弹性模量和剪切模量的适用性

【目的】基于试验探究Timoshenko自由梁迭代法计算木材弹性模量和剪切模量的适用性,重点考虑木材弹性模量和剪切模量的测试精度,寻求梁试件合适的长厚比。【方法】通过山毛榉、云杉-松-冷杉(SPF)和单板层积材(LVL)试件截短试验,动态测试不同长厚比试件的频谱,从频谱图上读出自由梁的第一阶和第二阶弯曲频率;应用迭代程序计算木材和木质复合材料的弹性模量和剪切模量;采用自由杆件扭转振动法和自由板扭转振型法验证自由梁迭代法计算剪切模量的有效性。【结果】存在一个与树种有关的试件长厚比下限值,当试件长厚比小于该下限值时,自由梁迭代法不能计算出正常的弹性模量和剪切模量或根本计算不出弹性模型和剪切模量;自由梁迭代法计算出的弹性模量高于Euler自由梁法计算出的弹性模量,其程度与试件长厚比有关,仅当试件长厚比大于24时其偏高值才在4%以内;自由梁迭代法计算出的剪切模量与矩形截面因子k取值有关,当k取0.833和0.913时,分别高于自由杆件扭转振动法(自由板扭转振型法)剪切模量测试值12.2%和2.3%(19.9%和9.3%)。【结论】为保证自由梁迭代法测试精度,推荐采用长厚比20～24的梁试件动态...     

竹帘竹胶合板弹性常数的动态测试与分析

竹胶合板的弹性常数是决定其力学性能的重要指标。为了快速、简便、准确地检测竹帘竹胶合板的弹性模量、剪切模量和泊松比,采用自由板模态法和自由板瞬态激励法动态测试了竹帘竹胶合板的纵、横向板试件的弹性模量E和剪切模量G,采用悬臂板瞬态激励法动态测试了竹帘竹胶合板的泊松比μ;利用静态四点弯曲法试验验证了动态测试竹帘竹胶合板弹性模量、剪切模量和泊松比的准确性与可靠性;并对整板的质量等级、均质性和尺寸效应等进行了机理分析与评价。结果表明：竹帘竹胶合板的动态弹性模量、剪切模量和泊松比均值分别为0.7 GPa、1 300 MPa和0.12,均符合GB/T13123—1991和LY/T 1575—2000中一等品规定要求;竹帘竹胶合板不满足G=E/2(1+μ)的关系式,为各向异性材料;动静态法测试得到竹帘竹胶合板试件弹性常数值一致,且动态测试法具有快速、简便、重复性好和精度高等优点。     

结构用竹集成材物理力学性能研究

测定结构用竹集成材及其竹指接集成材的主要物理力学性能,并将测试结果与几种人工林单板层积材以及常见建筑用材种的相关性能进行比较.结果表明:竹集成材的水平剪切强度、静曲强度以及弹性模量等力学性能非常优越,浸渍剥离性能较差.     

横向振动法测量结构用木材弹性模量

介绍了采用横向振动法测定结构用板材弹性模量的理论依据和基本方法,组建了一套悬挂式测试试验系统,该系统包括:脉冲锤、加速度计、计算机等。试验表明横向振动法可以有效测得木材试件的固有频率。测试时,激振点和拾振点间的距离应尽量远,如可以分别位于试材两端部附近。而悬挂方式,如采用弹簧或者软绳悬挂,基本不影响测试结果。试验结果表明,采用横向振动法测得的木材弹性模量值稍大于静态试验弹性模量测量值,但二者间具有显著的相关关系,说明可以采用横向振动法测量木材的弹性模量。为使该研究结论用于实践,开发出了基于简支梁振动原理的板材弹性模量便携式测量装置,该装置可有效测量板材的动弹性模量,继而对结构用板材进行应力分等。     

竹质工程材弹性模量检测方法

对竹质工程材弹性摸量无损检测方法初步探索,采用超声波法和冲击回波法检测竹质工程材动弹性模量,对比静态荷栽法所测静弹性模量,分析动、静弹性模量的相关性和配对试件的差值。实验发现：所测动弹性模量均高于静弹性模量,且具有较显著的线性相关性;超声波法相比冲击回波法,其动弹性模量与静弹性模量有较好的线性相关性,且差均值较小。研究表明：超声波法较冲击回波法更能有效检测竹质工程材弹性模量。     

竹材复合板的试件尺寸对静曲强度及弹性模量测试值的影响

采用二次正交旋转组合设计试验,研究了竹材复合板静曲试件的宽厚比、跨厚比对静曲强度及弹性模量测试值的影响。结果表明：在试验研究范围内,试件的宽度不影响静曲强度、弹性模量的检测结果;试件长度（或试验跨距）对静曲强度、弹性模量的测试值影响显著;合理的跨厚比为２５左右。为保证试件的代表性及在弯曲过程中的稳定性,建议试件宽度为５０ｍｍ左右。     

防腐前处理对竹集成材力学性能的影响

以季铵铜(ACQ)和铜唑(CuAz)加压浸渍处理的毛竹精刨竹条为单元,以酚醛树脂为胶黏剂,制作防腐竹集成材,并测试其力学强度,分析了药剂种类和载药量对竹集成材抗弯弹性模量(MOE)、抗弯强度(MOR)和胶层剪切强度的影响.结果表明,防腐处理前后,竹集成材的MOR、胶层剪切强度差异不显著,MOE差异性显著(0.05水平);防腐剂种类对竹集成材MOE影响显著,载药量水平对MOE影响不显著;总体上看,防腐竹集成材的MOE和MOR略有下降或保持不变,胶层剪切强度略有提高.     

加拿大铁杉正交胶合木弯曲性能预测与评估

为了对正交胶合木(CLT)的弯曲性能开展有效预测与评估,验证CLT板件弯曲性能预测值的可靠性,采用自由梁横向振动法,对加拿大铁杉锯材顺纹弹性模量进行动态测试与质量分等;采用悬臂板横向振动法动态测试铁杉锯材的横纹剪切模量和弹性模量;将分等后的铁杉锯材制成足尺CLT楼板、墙板用板材,并采用四点弯曲法静态测试CLT板材的弹性模量值;然后将锯材顺纹弹性模量、横纹剪切模量和弹性模量实测值代入模型公式进行CLT板弯曲性能预测,并与CLT板材静态弹性模量实测值作比较分析。结果表明:CLT主强度方向弹性模量预测值为11 222 MPa,实测值为11 312 MPa,CLT板材的弯曲弹性模量的预测值与其实测值决定系数为0.887,具有较强的相关性;用CLT板材的预测值模型公式评估其弯曲性能指标,具有应用上的可行性和可靠性;铁杉制成的CLT板材弯曲性能达到CLT楼板、墙板等工程用的等级要求。     

竹质工程材料的力学性能试验研究

重组竹与竹集成材是两种应用较为广泛的竹质工程材料,对其力学性能的研究有助于扩展其在工程上的应用。本研究对重组竹和竹集成材进行了抗弯和抗压力学性能试验,分别得到了它们的抗弯弹性模量、抗弯强度、抗压弹性模量和抗压强度,并分析了两种竹质工程材料的不同破坏情况。试验结果表明:重组竹的抗弯和抗压力学性能要优于竹集成材;重组竹抗弯破坏表现为脆性破坏,竹集成材则表现出一定的延性特性;竹材的力学性能与其本身材料性能和胶合面的力学性能有关。     

动态测试木材的泊松比

【目的】根据悬臂板一阶弯曲振形给出动态测试木材泊松比的方法,测试西加云杉木材试件径切板顺纹、横纹的泊松比和横切面横纹试件的泊松比;对西加云杉木材试件的测试结果,分析用悬臂板试件测量一阶弯曲频率,代入到悬臂梁的公式推算出弹性模量的精度;同时用低碳钢板的动态测试试验来验证动态测试木材泊松比方法的正确性,为在木建筑、家具、木材加工等行业中对木材力学性能测定研究工作提供借鉴。【方法】根据动力学原理,利用 YD-28A 型四通道动态电阻应变计和 CRAS 振动及动态信号采集分析系统等测试仪器,以敲击方式激励悬臂西加云杉木材、低碳钢试件的自由振动,通过滤波处理保留其基频振动,记录并显示基频振动的横向应变和纵向应变的衰减振波曲线,并从同一时刻的横向应变峰值与纵向应变峰值比值得泊松比。【结果】横向应变振波曲线的正(负)峰值对应于纵向应变振波曲线的负(正)峰值,说明横向应变振波曲线与纵向应变振波曲线的相位差为180°或横向应变与纵向应变是反向的;通过低碳钢板验证试验,从其振波曲线第一通道和第二通道读出峰峰值,计算它们的比值后取平均值,得低碳钢泊松比的测量值μ=0.28,符合其规范值为0.25～0.28的要求;西加云杉木材的径切面顺纹泊松比μLR与径切面横纹泊松比μRL测量值之比为10.6,即径切面顺纹泊松比比径切面横纹泊松比大一个数量级;用悬臂梁公式推算的弹性模量值比实际弹性模量值偏小0.7%。【结论】根据悬臂板的一阶弯曲振形测试泊松比的动态方法是行之有效的,具有快速、简便、精度高的优点;西加云杉试件的径切面顺纹泊松比比径切面横纹泊松比大一个数量级,体现了木材的各向异性;用悬臂板云杉试件测得的一阶固有频率,代入到悬臂梁理论公式推算的弹性模量值具有足够精度。     

预埋螺母对竹集成材家具螺栓接合性能的影响

螺栓接合在竹集成材家具中应用广泛,预埋螺母与竹集成材之间连接的破坏是竹集成材家具螺栓接合破坏的主要形式,主要表现为预埋螺母的松动或拔出以及预埋螺母孔周的开裂。针对预埋螺母易于拔出的问题,比较几种常用预埋螺母在竹集成材中的极限抗拔力,选择最优的预埋螺母进行参数优化,从而有效提高竹集成材家具螺栓接合的接合性能。结果表明:不同预埋螺母的极限抗拔强度大小为:尼龙预埋螺母<倒刺螺母<膨胀螺母<梯形铁螺母<内外牙螺母。内外牙预埋螺母取引导孔径比为93%、螺纹长度为25 mm时,在竹集成材中极限抗拔力最大。引导孔径比、螺纹的拧入深度对预埋螺母抗拔性能影响显著。     

室外用重组竹及重组竹木复合材生产工艺初探

以酚醛树脂为胶粘剂,以竹束和木单板为原料,制造出室外用重组竹和重组竹木复合材,探讨了热压温度和压力对板材的弹性模量、静曲强度以及吸水厚度膨胀率的影响规律。结果表明:随着热压温度的提高,重组竹和重组竹木复合材的静曲强度、弹性模量、尺寸稳定性显著增加;在本研究范围内,热压压力对板材力的学强度和吸水厚度膨胀率的影响不显著;重组竹的静曲强度和弹性模量均明显高于重组竹木复合材,但其尺寸稳定性无显著区别;重组竹和重组竹木复合材的优化热压温度与压力分别为170℃和4MPa。     

动态和静态测试定向刨花板的泊松比

【目的】探讨悬臂板一阶弯曲模态法(动态法)和悬臂板静力弯曲法(静态法)测试定向刨花板(OSB)纵向和横向泊松比的适用性,给出动态法测试OSB纵向和横向泊松比的贴片位置。【方法】应用ANSYS模态程序块和静力弯曲程序块对OSB悬臂板进行动、静态应力和应变分析,计算长宽比3～6、宽厚比4～10的OSB纵向和横向悬臂板的应力和应变;确定悬臂板内横向应力等于零的位置,即动态和静态测试OSB纵向和横向泊松比的应变片粘贴位置,并应用二元回归分析将其表示为依赖于悬臂板试件长宽比和宽厚比的关系式。【结果】对于国产和加拿大产OSB,动态测试的纵向泊松比分别为0.342和0.314,横向泊松比分别为0.131和0.174;动态和静态测试OSB泊松比的贴片位置虽不同,但测试出的泊松比较为一致。【结论】悬臂板一阶弯曲模态法和悬臂板静力弯曲法适用于测试OSB纵向和横向泊松比,其有效性得到轴向拉伸法和四点弯曲法的验证。     

云杉材纹理角度对钢琴音板声学振动性能的影响

云杉材是制作钢琴音板的主要用材,以4种云杉属木材为研究对象,采用快速傅里叶变换分析法测试其共振频率,并计算其声学振动性能参数,分析木材纹理角度对云杉材声学振动性能具有的影响。结果表明:随着纹理角的增大,云杉材的动弹性模量、比动弹性模量增大,损耗角正切减小。当纹理角为90°时,云杉材的振动效率最高、声能损耗最少,声学性能最优。通过综合加权法评定,纹理角90°的麦吊云杉具有最优振动性能。     

侧压型竹层板用竹条分级研究

按照GB/T 17657—2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中的三点弯曲法,先测试竹条径向两面(近竹青面和近竹黄面)各节间和节部的抗弯弹性模量,然后将试件从宽度方向一分为二,测试其各对应位置的弦向抗弯弹性模量和静曲强度。探讨竹条节间中心位置不同方向的弹性模量相互之间及其与弦向静曲强度之间的关系,并建立相应的数学模型;分析竹节对竹条弹性模量的影响,确定侧压型竹层板用竹条的实用分级方法;按中间点径向抗弯弹性模量对竹条进行分级,并测试其弦向静曲强度,分析竹条分级的可靠性;将不同等级的竹条分别制备侧压型竹层板试件,测试其静曲强度和抗弯弹性模量,验证竹条分级的有效性。结果表明：通过测量竹条节间径向两面抗弯弹性模量并计算其平均值,可以较准确地推测其弦向抗弯弹性模量值;通过测试竹条某节间径向两面抗弯弹性模量的平均值,可以很好地预测该部位的弦向静曲强度;仅测量竹条中间点(无论是节间还是节部)的径向抗弯弹性模量就能较好地推测出整根竹条的弦向抗弯弹性模量;采用竹条中间点径向抗弯弹性模量分等可以对竹条(弦向静曲强度)进行有效分级;按竹条中间部位的径向抗弯弹性模量对竹条进行分级,其侧压型竹层板的分...     

含水率对竹胶合板力学性能的影响及纤维饱和点测定

通过设置含水率8%～60%均匀分布的胶合板,研究了七层等厚正交结构竹胶合板静曲强度和弹性模量受含水率影响的变化规律,采用Boltzmann曲线拟合和一元线性回归分析方法建立了数学模型,得出了竹胶合板力学性能转折点的纤维饱和点含水率平均值为21.72%。结果表明:胶合板含水率从8%增加到纤维饱和点时,静曲强度和弹性模量降幅50%左右,竹胶合板含水率达到纤维饱和点以后,随着含水率的增加胶合板力学性能保持稳定,与竹材本身的力学性能随含水率的变化趋势一致。     

SPF规格材静、动态弹性模量研究

采用无损横向振动法和三点静态弯曲法,对加拿大进口的云杉-松-冷杉(Spruce-Pine-Fir,SPF)J等级规格材的动、静态弹性模量进行测试和评价。结果表明,SPF规格材有明显的两个峰值,其一阶频率峰值平均为44.78Hz,二阶频率峰值平均122.61 Hz;两种方法测得的SPF弹性模量服从正态分布,近1/3的规格材弹性模量值在10000~11 000 MPa;动、静态弹性模量平均值分别为10 983 MPa和10 523 MPa,SPF规格材动态弹性模量比静态弹性模量高4.38%,动、静态弹性模量值之间具有非常强的相关性(R~2=0.91)。     

基于悬臂板扭转模态测试材料剪切模量

【目的】探讨基于悬臂板扭转模态测试正交各向异性材料(木材)和各向同性材料剪切模量的原理和方法。【方法】首先根据ANSYS计算的悬臂板一阶扭转振形,应用优化原理分别得到垂直和平行于板中面位移w和u的一阶扭转振形函数,然后借助能量法导出悬臂板一阶扭转频率与板材弹性模量和剪切模量的关系式,该式中的2个振形系数通过与动能、扭转应变能和拉压应变能相关积分计算,从振形系数计算值的二元线性回归得到振形系数依赖于悬臂板宽长比和厚宽比的相关式。【结果】导出的悬臂板一阶扭转频率与板材弹性模量和剪切模量的关系式,只有在测出悬臂板一阶弯曲频率得到弹性模量后,才能应用这个关系式由悬臂板一阶扭转频率推算出剪切模量。【结论】导出了悬臂板一阶扭转频率与弹性模量和剪切模量之间的关系式,其中振形系数依赖于悬臂板宽长比和厚宽比。该关系式动态测试剪切模量的正确性不仅得到低碳钢、轧制铝、桃花心木、白蜡木和轻木剪切模量仿真计算的验证,还得到低碳钢、西加云杉(径切面和横切面)、蒙古栎(顺纹)和油松(弦切面和径切面)等材料剪切模量的动态和静态试验的验证,且基于悬臂板一阶扭转模态与自由板扭转振形法测试木材或各向同性材料的剪切模量相当吻合。基于悬臂板一阶扭转模态提供了一个应用悬臂板频谱动态测试剪切模量的简便和快速的方法,该方法不仅适用于测试木材的3个主向剪切模量GLT、GLR和GRT,还适用于测试各向同性材料的剪切模量。