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。     

3种无损检测方法评估巨尾桉木材抗弯和抗压强度性质

为探讨不同无损检测方法评估木材强度性质的可行性及可靠性,该文分别运用纵向基频振动、超声波和应力波3种无损检测方法,对由广西东门林场采集的34株14年生巨尾桉人工林加工的191个无疵小试样进行了抗弯和抗压强度性质预测。首先采用3种无损检测设备获得无疵小试样的动态弹性模量,然后进行抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）和顺纹抗压强度（σc）的测定,并分析3种无损检测结果与木材强度性质的关系。结果表明:纵向基频振动法、超声波法和应力波法获得的动态弹性模量Efr、Eus和Esw与静态MOE的相关系数分别为0.816 6、0.788 9和0.634 7,均在0.001水平上显著相关;与MOR的相关系数分别为0.694 0、0.683 0和0.567 3,均在0.001水平上显著相关;与σc的相关系数分别为0.810 3、0.809 3和0.648 9,均在0.001水平上显著相关;其中应力波法测得的动态弹性模量Esw与木材强度性质的相关系数均为最低。可见,纵向基频振动法和超声波法能够比较精准地预测国标无疵小试样的MOE、MOR和σc,但应力波方法对无疵小试样进行测定时具有一定局限性。      

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。     

节子对馬尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响

本文马尾松木构件抗弯强度和抗弯弹性模量的试验,采用8×10×230厘米大试样。在大试样未破坏部分,制取2×2×30厘米无疵小试样,进行对比试验。试验结果表明:一般节子愈大,降低马尾松木抗弯强度和抗弯弹性模量愈多。但是具体到每一试样,也有节子大,反而抗弯强度和抗弯弹性模量高的,这是因为还存在着试样结构致密的程度、晚材率的多少、应压木的有无以及无疵木材性质依照概率基本定律变化等因素的影响。试样上同一尺寸的节子对抗弯强度的影响大于抗弯弹性模量,这是因为抗弯强度受力大,受节子的影响也大;抗弯弹性模量受力小,受节子的影响也小。     

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.      

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     

激光测距方法测量结构材的顺纹抗拉弹性模量

该文以经过120 d、温度90℃条件下窑干干燥处理的56根日本柳杉人工林结构材(110 mm×55 mm×2 500 mm)作为测试试件,介绍了一种利用激光测距系统测量顺纹抗拉弹性模量的方法. 首先将试件含水率调至15%,在抗拉试验开始前采用纵向基频振动方法 (FFT) 得到试件的动态弹性模量(Efr),再利用由激光测距仪、数据采集器和计算机处理系统组成的激光测距系统,测定了顺纹抗拉弹性模量（Et）,最后破坏试件完成顺纹抗拉强度（σt）的测定. 对Efr、Et和σt相互关系的比较分析表明,Et的平均值比FFT方法得到的Efr的平均值小78% (0.63　GPa);Et与Efr具有很好的相关性,相关系数R为0971,在0.001水平上呈显著相关;Et和σt的相关系数R为0727,也在0.001水平上呈显著相关. 足尺试件的顺纹抗拉测试结果表明,激光测距方法可以准确地测量结构材在顺纹受拉时发生的拉伸变形,从而得到可靠的抗拉弹性模量试验结果.       

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。     

日本落叶松正交胶合木抗弯性能研究

【目的】探究日本落叶松正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)抗弯性能的影响因素,为CLT在木结构建筑中的应用提供基础数据。【方法】以产自辽宁清原的日本落叶松锯材为供试材料,依据层板弹性模量(8～12GPa(低)、≥12～≤16GPa(中)、16GPa(高))、层数(3层和5层)、层板厚度(15和25mm)、组坯方向(正交和斜45°)的不同共设置6种组坯方式,基于美国标准ANSI/APA PRG320-2012测试6组CLT的抗弯弹性模量和抗弯强度,以考察CLT抗弯性能的影响因素;根据机械连接理论、复合层板理论、剪力类比理论和简单设计法推算CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩,通过实测值验证理论预测值的精确性,筛选适宜的预测方法。【结果】层板模量和层数对日本落叶松CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响显著,但锯材厚度和组坯方向对CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响不显著;采用剪力类比理论、简单设计法分别计算的等效抗弯刚度值和抗弯弯矩值更加接近实测值,相对误差分别在5.0%和6.5%内。【结论】采用日本落叶松锯材制备的CLT具有较好的抗弯性能,利用理论模型能够很好地预测CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩。     

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。      

足尺胶合板弹性模量的两对边简支振动检测研究

【目的】研究足尺胶合板两个主要方向(即长度和宽度方向)弹性模量的两对边简支振动检测,为足尺胶合板两个主要方向弹性模量的在线无损检测提供一种新方法。【方法】以4种厚度共20块足尺胶合板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphysics和PULSE振动测试系统分别对两对边简支的足尺胶合板进行了模态灵敏度分析和试验模态分析;提出了一种两对边简支边界条件下的足尺胶合板弹性模量振动检测试验方法,运用此方法提取出足尺胶合板所需模态的频率,将其带入到编写的弹性模量检测算法中,用以计算足尺胶合板两个主要方向的动态弹性模量值;进行了三点弯曲静态试验检测足尺胶合板两个主要方向的静态弹性模量值,用以验证动态弹性模量检测结果的准确性。【结果】确定了用于计算足尺胶合板两个主要方向弹性模量的频率所对应的模态,分别为其自由振动前9阶模态中的第1阶模态(2,0)和第7阶模态(2,2);厚度变化对足尺胶合板的前9阶模态的阶次排序没有影响;足尺胶合板两个主要方向的动态弹性模量均大于静态弹性模量,且同一厚度足尺胶合板的力学性能存在不均匀性;足尺胶合板长度和宽度方向的动态弹性模量与静态弹性模量间均具有显著的线性...     

家具用马尾松单板层积材力学性能的研究

马尾松是我国分布广泛的针叶树种,且木纹漂亮,但富含油脂,影响木材胶合。根据前人研究成果,用酚醛树脂胶粘剂制造未脱脂马尾松单板层积材可以实现完美胶合。采用随机激励功率谱法测试单板层积材的动态弹性模量,并采用3点静态弯曲试验代替4点弯曲试验测试制得板材的静态弹性模量、静曲强度和水平剪切强度以检验材料性能。结果表明:马尾松单板层积材平均弹性模量6 231 MPa,静曲强度45.5 MPa,满足家具用材要求;马尾松单板层积材垂直加载和平行加载条件下的弹性模量相同;动态弹性模量和静态弹性模量基本吻合;马尾松单板层积材平行加载下的水平剪切强度大于垂直加载条件下的水平剪切强度。     

木质剩余物轨枕复合材料老化性能

针对木质剩余物轨枕复合材料,采用美国标准ASTM D 1037的6循环加速老化试验法对产品进行耐老化性能试验,通过对轨枕复合材料的24h吸水厚度膨胀率的变化、静态弯曲力学性能的变化以及内结合强度变化的分析.结果表明:24h总的吸水厚度膨胀率不超过30%,纵向静曲强度(RMO),弹性模量(EMO)的保留值分别为72.63、5030MPa,横向静曲强度(RMO), 弹性模量(EMO)的保留值分别为39.79、3770MPa,内结合强度保留值为1.02,保留率为38%,均满足ASTM D 1037标准要求.     

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。      

铺装结构及密度对玉米秸秆轻质复合板性能的影响

为充分利用玉米秸秆并制备性能优越的轻质复合材料,通过对玉米秸秆内外表面特性的分析,采用机械疏解重组其胶合结构单元,以脲醛树脂为胶黏剂,制备定向和均向2种玉米秸秆轻质复合板。本文研究了不同铺装方式和密度对板材静曲强度(MOR)、弯曲弹性模量(MOE)、内结合强度(IB)、吸水厚度膨胀率(TS)、吸水率(WA)的影响。结果表明:定向铺装结构可以增强复合板材的MOR、MOE、IB,相同密度下定向玉米秸秆复合板(OCSB)的纵向静曲强度(MOR∥)和纵向弹性模量(MOE∥)约为均向玉米秸秆复合板(HCSB)的3倍,IB约为4~5倍。OCSB的MOR∥、MOE∥明显大于横向静曲强度(MOR#x22A5;)、横向弹性模量(MOE#x22A5;);OCSB密度为0.3 g/cm3时,MOR∥约为MOR#x22A5;的3.5倍,MOE∥约为MOE#x22A5;的5倍。OCSB的MOR#x22A5;均大于HCSB的MOR(密度0.3 g/cm3除外),OCSB的MOE#x22A5;均小于HCSB。OCSB和HCSB的MOR、MOE在试验范围内都随着密度的增加而增加;当OCSB密度为0.6 g/cm3时,MOR∥为25.24 MPa,MOE∥达到4 216 MPa,其物理力学性能够满足在民用建筑中的使用。此外,OCSB的TS、WA均小于HCSB。