木材的软化处理与弯曲技术

木材从力学角度上看是一种弹性材料,在结构上呈多孔状,木材的这个特性,可以使其弯曲。但是如果要攀得较小的弯曲曲率半径,应在弯曲之前对木材进行软化,增大木材的塑性。木材经软化处理后,在顺纹压力的作用下,细胞壁中微纤维之间产生滑移,导致细胞壁的壁层纵向产生褶皱;木材在弯曲力矩的作用下,弯曲时的受压面形成褶皱,受拉面形成展皱,便可获得较小的弯曲曲率半径。1.木材弯曲的原理木材弯曲时,以中性层为分界形成凹凸两面,在凸面产生拉伸应力,使凸面木材有不同程度的伸长;凹面产生压缩应力,使凹面木材有不同程度的压缩,其应力分布是由表面向…     

竹复合管材湿热老化性能及其机理

采用加速老化试验方法对竹复合管材的湿热老化性能及老化机理进行研究,探究不同湿热老化历时下竹复合管材拉伸、压缩和弯曲性能的变化。结果表明,在交变湿热应力作用下,竹复合管材拉伸强度、压缩强度、压缩弹性模量、弯曲强度和弯曲弹性模量随湿热老化时间延长呈幂指数降低,拉伸劣化大于弯曲,弯曲劣化大于压缩,模量劣化大于强度;湿热老化28次后,竹复合管材拉伸强度、压缩强度、压缩弹性模量、弯曲强度和弯曲弹性模量分别降低34.11%、25.64%、26.39%、26.14%和27.83%。交变湿热应力使结构层树脂和竹纤维均发生湿胀,结构层树脂湿胀率小于竹纤维,不均匀的湿胀使结构层树脂受拉、竹纤维受压,结构层树脂竹纤维界面产生剪切力,树脂开裂、脱落,纤维树脂界面形成孔洞和微裂纹降低有效应力传递,当剪切力大于界面粘结力时,界面损伤模式主要表现为脱粘以及剪切分层。     

动态测定木材泊松比μ_(LT),μ_(LR)和μ_(RT)的电测法

【目的】给出动态测试木材泊松比的理论依据,提出一种简单易行且能提高测试精度的动态测试木材泊松比μLT,μLR和μRT的方法。【方法】从木材的应力-应变关系(胡克定律)和悬臂板一阶弯曲模态的应力、应变分析2方面阐述动态测试木材泊松比的原理和方法。对轻木、云杉、欧洲赤松、白蜡木、山毛榉5个树种木材,将其长宽比为6,5,4,3的弦切面、径切面和横切面制成悬臂板试件,应用ANSYS程序shell63单元计算其在一阶弯曲模态下的应变和应力,并通过应力、应变分析及平面应力状态下的应力-应变关系得到动态测定木材泊松比的应变花粘贴位置;同时采用静态试验验证动态测试泊松比的正确性。【结果】悬臂木板作一阶弯曲振动时,板内横向应变εy与纵向应变εx之比随距其悬臂端距离的增加而上升;横向应力σy与纵向应力σx之比在整个板内都很小,随距悬臂端距离的增加从正值下降到负值,存在一个σy等于零的位置,在此位置上横向应变与纵向应变之比的绝对值不仅等于泊松比值,而且等于ANSYS计算时输入的泊松比值,以此确定动态测试木材泊松比的应变花粘贴位置。【结论】动态测定木材泊松比μLT,μLR和μRT的十字应变花粘贴位置取决于悬臂板内横向应力σy等于零的位置。对于弦切面的悬臂板,十字应变花粘贴位置与板宽长比和板材密度有关;对于径切面和横切面的悬臂板,其十字应变花粘贴位置仅与板长宽比有关;瞬态激励测量应变花的横向应变和纵向应变频谱,一阶弯曲频率的横向应变与纵向应变的线性谱幅值之比得到泊松比的动态测量值;虽然木材的横向应力与纵向应力之比在其整个悬臂板内都很小,但因木材主向弹性模量相异很大,故在测试木材泊松比时不容忽视其横向应力σy与纵向应力σx的比值;动态测试木材泊松比方法的正确性得到轴向拉伸和四点弯曲等静态试验的验证,且木材泊松比动态测试值的分散性相对于静态测试值有所改善。     

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...     

混合组坯对杨木单板层积材弹性常数及力学性能的影响

单板层积材具有结构均匀、强度高等优点,材料、结构、制造工艺等差异对其性能影响显著。以13层22 mm厚全顺纹、2层及3层横纹其余顺纹混合组坯的杨木单板层积材为对象,通过电测法、三点弯曲及拉伸实验,对其主要弹性常数及力学性能参数进行测试,得出以下结论:1)随着横纹层数的增加,顺纹方向的弹性模量下降,横纹方向的弹性模量增加,层积方向的弹性模量先减小后增加,单板层积材的各向异性降低;2)随着横纹层数的增加,静曲强度减小,变异性逐渐增大,进行结构设计时需更多考虑材料的性能稳定性;3)组坯方式对LVL抗拉强度的影响不大,适当增加横纹层板可提高抗拉强度;4)组坯方式对泊松比的影响较大,随着横纹层数的增加,泊松比总体降低,采用纵横混合式组坯可能有利于抵抗由拉、压载荷所造成的材料变形。     

用电阻应变法测定木材顺纹抗压弹性常数的研究

用电阻应变法测定木材顺纹抗压弹性常数的研究龚蒙（南京林业大学南京２１００３７）关键词木材，电阻应变法，弹性模量，柔量木材弹性常数是反映木材刚性的指标，也是木结构设计和木质复合材料设计的重要参数。电阻应变法（简称电测法）在木材科学中的应用是最近二、三十...     

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。     

不同预应力CFRP增强结构用集成材抗弯性能研究

通过对CFRP施加不同的预应力,分析在不同预应力下CFRP增强结构用集成材的抗弯性能。结果显示:随着预应力的增大,CFRP增强结构用集成材的抗弯性能得到显著提高。在50%~66%预应力施加范围内,CFRP增强结构用集成材较未增强结构用集成材,极限荷载提高了15.8%~51.8%,抗弯强度提高了38.5%~81.7%,抗弯弹性模量提高了23.9%~70.5%。对CFRP施加预应力使集成材木梁的弯曲破坏形式由脆性拉伸破坏转变为延性压缩破坏,并且使集成材木梁跨中挠度过大的现象得到改善。同时也使集成材木梁的中性轴位置向下偏移,从而使木材的抗压能力得到了充分利用。     

悬臂板跨中贴片法在动态测试定向刨花板面内泊松比的应用

泊松比是衡量材料横向变形的弹性常数,在工程实际中有重要应用价值.为简便易行和有效地动态测试定向刨花板(OSB)的泊松比,通过OSB悬臂薄板一阶弯曲模态的应力分析,寻找到板内存在横向应力等于零的贴片位置,并经仿真计算和理论分析以及四点弯曲法和横向应力为零的粘贴应变片法的试验验证,提出了OSB试件尺寸在满足一定条件下能准确...     

马尾松木材径向与弦向抗弯性能及破坏特征的比较研究

马尾松木材早晚材急变,致使径、弦向性能差异显著。研究了径、弦向弯曲荷载作用下马尾松木材抗弯强度、抗弯弹性模量及破坏形态的差异,使用扫描电子显微镜观察了径、弦向受力时破坏面的区别。结果表明:马尾松木材的抗弯强度、抗弯弹性模量均是弦向大于径向,且差异显著。径、弦向拉伸断裂面均比较粗糙;剪切破坏通常发生在管胞间,裂纹会沿着纹孔的边缘扩展,纹孔常呈现出完整形态。弦向受力时,拉伸断裂面表层管胞扭转现象明显,管胞壁产生裂隙,剪切破坏发生在径切面的木射线细胞处。径向受力时,拉伸断裂面表层管胞无明显扭转现象,剪切破坏发生在早晚材边界处。     

高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响

【目的】研究高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响,明确高温热改性和环境湿度对木材平衡含水率、木材顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度的影响规律,揭示高温预处理对胶合木梁抗弯性能影响的作用机制,为高温热改性技术在木结构领域中的应用提供参考。【方法】以高应力等级的兴安落叶松为研究对象,采用工业化热处理技术对落叶松木材进行高温热改性,以高温热改性后的落叶松木材为层板,制备12个足尺胶合木梁。基于EN 408标准四点弯曲方法,分析高温热改性和环境湿度对胶合木梁抗弯弹性模量、抗弯强度、破坏模式、跨中截面荷载-应变曲线和跨中截面应变分布规律等抗弯性能的影响。【结果】高温热改性会在一定程度上降低胶合木梁的抗弯强度,但可明显提高高湿度条件下胶合木梁的抗弯弹性模量,与90%环境湿度下未处理胶合木梁相比,高温热改性后,同湿度下胶合木梁的抗弯强度降低29. 79%,抗弯弹性模量提高23. 71%;高温热改性可降低胶合木梁抗弯弹性模量对环境湿度的敏感性,环境湿度从60%提高到90%,未处理胶合木梁的抗弯弹性模量降低23. 27%,经高温热改性预处理的胶合木梁抗弯弹性模量降低7. 55%; 60%和90%环境湿度下的荷载-位移曲线和跨中截面应变分布曲线表明,胶合木梁在高湿环境中具有更明显的非线性特性,高温预处理后的胶合木梁表现为线弹性。环境湿度对胶合木梁的抗弯性能具有较为明显的劣化作用,90%湿度下胶合木梁抗弯强度和抗弯弹性模量分别为43. 98 MPa和12. 191 GPa,比60%湿度下未处理胶合木梁低17. 07%和23. 27%;环境湿度对木材平衡含水率影响明显,高温热改性是降低木材平衡含水率的有效措施,环境湿度从60%提高到90%,高温热改性处理后落叶松木材平衡含水率分别从10. 74%和20. 62%降至4. 76%和11. 18%。【结论】60%和90%环境湿度条件下,未处理胶合木梁为拉伸破坏,高温热改性构件为拉剪联合破坏,高温热改性后材料的顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度降低是材料破坏模式改变的根本原因。高温热改性后胶合木梁在高湿环境条件下抗弯弹性模量明显改善。     

温度及水分状态对美国红松弯曲弹性模量的影响

应用温度控制系统,对美国红松小试样规格材进行测试,检验木材温度及水分状态对木材弯曲弹性模量的影响.结果表明:温度对木材的抗弯性能具有显著影响,随着温度的升高,木材的抗弯性能逐渐减弱;相同承载条件下,含水率越高,冻结木材的抗弯曲性能越强.对于纤维饱和材,冰点以下其弹性模量随着温度的降低而迅速增加,在冰点以上则增加缓慢;对于非纤维饱和材,其弹性模量受温度影响变化幅度在冰点两侧区别不明显.冻结木材弹性模量相对于常温(20℃)情况下(相对弹性模量)受温度和含水率变化的影响十分显著,而非冻结木材的相对弹性模量对温度变化均表现不敏感.通过建立的相对弹性模量-温度试验模型,能较好地预测不同温度及含水率下的木材弯曲弹性模量相对于常温的变化幅度.该研究为不同温度条件下尤其是低温时的木材弹性模量测量结果修正提供了试验依据.     

木基缠绕管用复合板带偏轴拉伸力学性能研究

为了研究木基缠绕管用复合板带的偏轴力学性能,按照与复合板带较厚层的顺纹方向成0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°制备试样进行拉伸试验,根据是否添加纤维布得到了2种复合板带各7种破坏形式、应力-应变曲线、泊松比、弹性模量和拉伸强度。通过数值拟合、Transformation law公式、Hankinsion公式、最大应力强度准则以及蔡-希尔强度准则对板带力学性能进行分析预测。结果表明:复合板带的破坏形式主要为单板顺纹方向的纤维拉断和横纹方向的剪切破坏,纤维布的加入加剧了剪切破坏;在偏轴应力下,0°到90°复合板带试样的承载力、弹性模量和拉伸强度随偏轴角的增大呈先降低再增大的变化规律,且在47°下取得最低值;泊松比随偏轴角的增大呈先增大后降低的变化规律。未加纤维布复合板带的弹性模量可以通过Transformation law公式准确预测;泊松比可以通过数值拟合的二次函数准确预测;拉伸强度可以通过蔡-希尔强度准则预测。而纤维布加入到复合板带中,会使其受偏轴拉伸载荷时的应力-应变更加复杂,力学性能的试验值与预测结果误差较大。     

对GB 1927-91《木材物理力学实验方法》中若干问题的商榷

对GB 1927-91《木材物理力学实验方法》中的两个力学性质测试方法做了分析探讨。指出,由于木材的黏弹性,在循环试验中读取下、上限值计算抗弯弹性模量存在偏差及在木材硬度试验方法中关于半压硬度的修正系数对侧面不正确,并提出了改进建议。     

基于静态弯曲性能的木质工字梁设计计算方法探讨

参照钢质工字梁静态弯曲理论,对木质工字梁（IJ）的“荷载一位移”曲线、IJ正应力理论计算值与实测值、IJ整梁挠度理论计算值与实测值的对比分析,结果认定：1）钢质工字粱的静态弯曲理论计算公式,可用于IJ弹性段应力和挠度的分析计算;2）IJ整梁静态弯曲性能的分析计算时,应注意IJ上翼缘压缩特性和下翼缘拉伸特性的差异。     

五种家具常用木材弹性常数及力学性能参数的测定

采用电测法和三点弯曲法对5种家具常用木材的弹性常数及主要力学性能参数进行了试验测定,并根据木材的正交异性原理对试验结果进行了统计分析。对木材物理力学性能参数测定的试验方法进行研究和探讨,为实木家具结构力学设计提供材料性能参考数据。     

32个杉木无性系木材密度和力学性质的变异*

３２个杉木无性系间，木材密度和抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度均有较大差异，无性系内株间亦存在一定差异。木材密度与抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度间的相关极显著，相关系数分别为０．３９５７、０．８３６８和０．９０２０；木材密度与生长速度呈负的遗传相关。     

复配碱液处理榆木顺纹压缩应力-应变本构关系

采用复配碱液处理榆木后,对榆木的幼龄材和成熟材顺纹压缩,通过建立的榆木顺纹压缩应力-应变本构关系得出:在榆木顺纹压缩初始阶段,符合线形的弹性虎克定律;在弹塑性阶段,也基本符合线形的力学关系。分析榆木幼龄材在顺纹压缩中体现出较大的差异性、顺纹压缩弹性模量和应力、应变的原因是木材化学组分的降解和抽出;得出复配碱液处理后木材顺纹压缩弹性、弹塑性变化的基本规律,木材在弹塑性阶段呈一段平滑的曲线,细胞壁在此阶段形成褶皱。     

竹木复合板的拉伸与弯曲力学特性

竹木复合材料的拉伸和弯曲性能是其重要的力学特性,对其应用有十分重要的影响。通过动态电阻应变仪和电脑程控力学试验机对由竹席、竹帘和杨木单板组成的复合材料的拉伸和弯曲力学性能进行了研究。研究表明竹木复合板的纵向和横向拉伸应变与载荷之间具有显著的线性相关关系,泊松比和弹性模量与载荷之间呈非线性关系。随弯曲载荷增加,竹木复合板的弯曲应力、应变和变形均呈线性增加,但弯曲弹性模量呈非线性下降。泊松比、拉伸和弯曲弹性模量与载荷之间呈非线性关系,证明了该竹木复合板的弹塑性特征。     

基于纵向共振法测试杨树原木应力波波速及弹性模量的研究

在介绍纵向共振法检测木材应力波波速及弹性模量的方法原理的基础上,利用应力波测试仪DirectorHM-200TM对杨树原木的应力波波速及弹性模量进行了测试.检测发现杨树原木的动态弹性模量与三点弯曲法测试的烘干后杨树锯材的静态弹性模量间具有较好相关性;当将杨树原木的密度视为常数时,其应力波波速的平方与烘干后杨树锯材静态弹性模量间仍具有很好的相关性,从而增加了进一步利用该应力波测试仪对木材进行应力分等的可行性,并为下一步自行研制基于该原理的测试仪器提供了依据.