γ射线辐照处理竹材的动态黏弹性与温度变化的关系

木质材料的动态黏弹性是指在交变的应力、应变作用下发生的滞后现象和力学损耗(徐有明,2006),是影响材料加工利用的重要因素。研究表明:木材在不同的含水率下,或经干燥、压缩等不同处理后,其动态黏弹性均会发生改变(蒋佳荔等,     

宣纸流变模型的研究

以宣纸为研究对象,研究其在张力状态下的蠕变和松弛行为.结果表明:采用伯格斯(Burgers)四元件模型能够很好地描述宣纸的蠕变行为,其拉伸蠕变包括弹性变形、黏弹性变形和塑性变形.在总应变中,弹性应变占62%～78%,黏弹性应变占17%～25%,塑性应变占4%～13%.在一定温度和湿度下、在0.2～0.8σmax载荷范围内,弹性应变、黏弹性应变和塑性应变在总体上均随着应力水平增大而相应增加,但弹性应变所占的比例逐渐减小,黏弹性应变和塑性应变所占的比例逐渐增大,最后都趋于稳定.在相同拉应力下,同一张宣纸横向的蠕变小于纵向.利用2阶5参数的Maxwell五元件模型可以描述宣纸的松弛行为,五个元件参数在不同应变水平下变动不大,基本上可视为材料的常参数.     

木材扭曲强度的研究

一、前言木材物理力学性貭主要指标之一是强度。在詳細了解木材物理力学性貭的条件下,可以在各种情况下合理利用木材(1955)。木材在加工和利用过程中,經受到的应力是拉力、压力、弯曲、剪切(剪力或切断)、劈开、扭曲。木材扭     

微观力学表征技术的发展及其在木材科学领域中的应用

微观力学表征技术是表征材料微纳米力学性能的重要技术手段,目前已被广泛用于表征材料的超微构造和解析材料的力学行为。随着材料科学研究尺度缩小,微观力学表征技术逐步从纳米向超纳米、从分子向超分子甚至粒子水平发展。按照试样信息的不同方式,微观力学表征技术主要包括纳米力学测试技术(探针技术)和超纳米力学测试技术(显微镜技术);其中,纳米力学测试技术包括准静态纳米压痕技术、动态纳米压痕技术和动态模量成像技术,超纳米力学测试技术包括原子力显微镜技术和基于原子力显微镜技术的新型微观力学表征技术。木材是一种多孔状、层次状、各向异性的非均质天然高分子复合材料,其超微结构是细胞壁由不同厚度的层次组成。细胞壁是决定木材和木质纤维材料性能的主要因素,是木材的实质承载结构;细胞壁的力学性能是由壁层结构、化学组成的分布与结合方式决定的。开展木材和改性木材细胞壁纳观尺度的力学性能、分布及影响对实现木基复合材料的高效设计具有重要意义。自Wimmer等首次将纳米压痕技术应用于天然木材细胞壁微观力学后,国内外学者主要采取准静态纳米压痕测量技术和动态纳米压痕测量技术对不同树种木材以及化学改性和生物改性木材细胞壁的硬度、弹性模量、蠕变特性与黏弹性等力学性能进行了研究。木质材料界面作为纳米级厚度的界面相或者界面层,不仅影响木质材料的强度、刚度,而且影响木质材料的断裂韧性等。界面力学是决定木基复合材料整体力学性质的关键,是引起材料变形、强度下降的主要原因。研究界面的属性和特征对于木基复合材料整体属性的评价以及结构的优化设计有一定参考价值,研究内容涉及有胶合界面、纤维增强聚合物界面以及木制品涂层的微观力学。随着研究尺度逐渐缩小,微观力学表征技术趋向高分辨率及数据定量化,如今已能在纳米级分辨率下进行力学信息成像,为木材科学领域的研究提供了方便。微观力学表征技术在木材科学领域中的应用尚具有较大潜力,但仍有较多方向尚未涉及,还应在以下3方面展开研究:一是需要开展微观力学技术在木材科学领域应用的标准化研究,规范测试过程,确保测试结果的可靠性和一致性;二是建立木质材料宏观到微观的完整力学体系,从本质上剖析木质材料的力学行为,在纳米尺度上表征木质材料的性质和失效机制;三是随着木材科学领域研究的深入,需建立微观力学与微观化学、微观物理、微观环境学的联系,丰富木材及木基复合材料在微纳尺度的研究。     

基于ANSYS的硅酸盐/杨木胶合试件的拉伸受力分析

为预测和评价硅酸盐胶黏剂与杨木之间的胶合性能及界面作用力,利用有限元软件ANSYS模拟了胶合强度测试试件在拉伸载荷状态下的力学行为,分析在加载过程中试件的位移形变、剪切应力和应变分布情况,以及在胶层中心、垂直胶层和胶层界面方向上应力应变的分布规律,分析了胶黏剂类型、胶层厚度对胶合试件和胶层应力应变云图和曲线的影响,所得结果对胶合木制品的界面力学研究和胶合强度预测具有指导意义。     

竹材在压缩大变形下的力学行为Ⅰ.应力-应变关系

以毛竹为对象，研究了竹材在不同温度及约束条件下沿径向、弦向和轴向压缩大变形下的力学行为，建立了描述竹材在压缩大变形下的应力－应变关系。试验表明，竹材在径向施压和统向施压下具有相同的力学行为，其整个大变形过程可分为三个阶段：线弹性阶段、屈服后弱线性强化阶段和幂强化阶段。     

小变形条件下竹胶合板弯曲力学特性研究

对小变形条件下竹席竹帘胶舍板的弯曲力学特性进行研究,构建了竹席竹帘胶合板纵、横向载荷与应力、应变及挠度之间关系的数学模型,与实际数据拟合较好.这对解决竹席竹帘胶合板在实际应用中的弯曲变形问题具有一定的指导作用,也为深入研究竹席竹帘胶合板的力学特性提供了一定的实验基础.     

木材流变学特性对板材常规干燥开裂、变形的影响

简述了木材干燥应力数学模型的研究背景,建立了木材常规干燥的干燥应力应变数学模型,模型主要考虑了干燥收缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变应变和机械吸附蠕变应变四种因子.通过干燥应力应变数学模型与干燥扩散数学模型的联合分析求解,可以解释板材物理力学特性(如干缩率、含水率、干缩各向异性、横纹静曲弹性模量等)对干燥应力、干燥应变的影响,分析干燥应力的产生、发展和释放的机理,为科学制订木材干燥工艺提供理论依据.     

霍普金森试验下沙柳顺纹动态力学特性分析

为研究沙柳顺纹方向的动态力学特性,利用分离式霍普金森压杆试验技术对沙柳顺纹浸泡材、生材和气干材的动态力学性能进行研究,分析应变率效应对试件动态力学性能的影响。将不同类型的沙柳顺纹试件在平均应变率为300,500和800 s-1条件下的动态屈服应力进行了比较并分析了原因,阐述了沙柳顺纹试件在动态压缩试验中的阶段特性,得到了3组试件分别在不同平均应变率条件下的破坏形态并分析了其形成原因。对试验结果分析后发现,沙柳顺纹方向具有较明显的应变率效应。在同一平均应变率条件下,沙柳顺纹材的动态屈服应力依次为浸泡材生材气干材。沙柳顺纹方向的动态应力-应变响应特性可分为弹性变形、塑性坍塌和失稳压溃3个阶段。3组沙柳顺纹试件在较高平均应变率的冲击载荷作用下均被压溃形成细小的片状碎屑,但是由于浸泡材和生材中的水分与纤维之间的摩擦力作用,使这两组试件中的细小片状碎屑仍黏在一起,未出现散落现象。     

木材细胞壁结构及其流变特性研究进展

木材流变学主要研究木材在应力/应变、温度、湿度等条件下与时间因素有关的变形规律和机制,以研究木材的黏弹性为主要内容。木材发生形变时,其实质承载结构是细胞壁,细胞壁的壁层构造和化学组分对其黏弹行为有显著影响,深入了解木材细胞壁结构及黏弹性质对于实现木纤维/塑料复合材料和制浆造纸工艺的高效设计具有重要意义。本文围绕木材细胞壁S2层超微构造和细胞壁化学组分2个方面对细胞壁结构进行阐述,归纳S2层微纤丝角和化学组分对木材细胞壁黏弹行为的影响规律,并从分子水平上解释其作用机制,总结动态力学分析技术和纳米压痕技术在研究木材细胞壁结构与黏弹性之间关系上的具体应用。木材细胞壁的黏弹性受壁层构造的复杂性、化学组分的多样性和外部环境条件等多种因素影响,并且各因素之间存在一定的交互作用。因此,建议今后从以下几个方面开展研究:1)解明木材细胞生长过程中的微纤丝取向、纤维素结晶区与非结晶区比例的分子控制机制;2)阐明木材细胞壁次生壁Matrix的空间组织排列方式、纤维素聚合体与Matrix之间相互作用的力学行为表达;3)揭示木材细胞壁中半纤维素的含量、种类以及木质素类型对细胞壁黏弹性的影响机制;同时将环境外因(温度、湿度)和载荷类型(静态/动态、拉/压/弯)纳入研究体系,系统揭示"湿-热-力"协同作用下木材细胞壁的机械吸湿蠕变行为规律和响应机制;4)联合运用多种测试技术手段,并引入相关学科的研究方法及理论模型,如有限元法及复合材料的研究方法,构建可以解释木材细胞壁黏弹特性的物理和数学模型。     

家具包装常用缓冲材料的性能研究与应用

对家具包装常用的可发性聚乙烯、可发性聚苯乙烯和蜂窝纸板这3种缓冲材料进行静态压缩试验,测试其力-应变曲线及相应的残余应变。然后,将力-应变曲线转换为应力-应变曲线和缓冲系数-最大应力曲线,并结合残余应变柱状图,比较了3种缓冲材料缓冲性能的异同点。基于上述3种材料的缓冲特性,结合家具产品的造型特点和结构特征,对家具包装缓冲材料的应用提出了选择方法。     

木材干燥应力应变超微观模型的构筑

木材干燥应力应变研究不论在理论上探索还是用于指导生产实践,都具有重大的意义。然而木材干燥应力与应变的关系是非常复杂的,因为木材属于既有弹性又有塑性的材料———弹塑性材料。应变的大小受很多因素的影响,包括材料自身的因素,例如密度、管胞或纤维胞壁的微纤丝的角度以及恒定或变化的环境因素(如大气的温度、相对湿度)等。还有依从于时间的因素(申宗圻,1990)。正是由于木材本身的特殊结构及其在干燥过程中各参数变化的复杂性,建立一个精确性较高和适用性较广的干燥应力应变数学模型很困难。若不靠数学物理方法,单纯的试验很难重现实…     

木质素纤维改性对空心微珠/环氧树脂复合材料性能影响北大核心

以木质素纤维(LF)为改性剂,对空心微珠(HGB)/环氧树脂(EP)复合材料进行改性,制备木质素纤维(LF)/空心微珠(HGB)/环氧树脂(EP)三元复合材料。分析了不同LF含量下复合材料的应力-应变曲线,并根据材料破碎区域的SEM照片,分析了LF提升复合材料压缩性能的原因。结果表明:当加入3 wt%LF时,LF能较好地延缓材料裂纹的扩展,从而提升材料的压缩性能。改性后的材料压缩强度、压缩模量与回弹率分别达到65.97 MPa、1.31 GPa和81.3%,与改性前的材料相比提升了28.3%、37.4%和31.7%。     

速生杨木改性材蠕变性能的初步研究

为了研究改性增强后的杨木蠕变性能,对杨木素材进行不同处理,分别用浓度为15%、25%、40%的酚醛树脂胶和浓度为30%的脲醛树脂胶对试件进行处理,并测量其最大破坏力.分别用其最大载荷的30%和50%的力进行加载试验.对不同处理方法所得到材料的性能进行分析.结果如下:(1)在不同的应力水平下,同类型的试件蠕变变形不遵循相同的规律;在相同应力水平下,不同材料瞬时弹性变形相差不大.(2)素材无论是在极限强度的30%的力还是50%的力作用下其稳定性都是最差的.(3)用不同浓度的酚醛树脂胶处理过的试件在极限强度的30%或50%的力的作用下,稳定性能比素材强得多,并且不同浓度处理的试件的稳定性差别不大.(4)经脲醛树脂胶处理后的试件稳定性最好.(5)相对湿度是影响蠕变的重要因素,特别是对素材影响最大.     

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...     

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。     

基于纳米压痕技术的木材胶合界面力学行为

【目的】研究木材胶合界面的静态和动态力学行为,探讨树脂渗透对木材管胞壁层力学性能的影响,为木质复合材料制造工艺优化和增强改性提供理论依据。【方法】采用纳米压痕静态和动态力学测试技术(Nano-DMA),对针叶材火炬松与酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)胶黏剂所形成胶合界面区域各相材料的静态弹性模量、硬度、蠕变性能以及储能模量和损耗模量等力学行为进行分析。【结果】静态力学行为方面,在界面区域,PF和UF渗透进入管胞壁层后,木材管胞壁的弹性模量( E r)和硬度( H )提高;经PF渗透后,木材管胞壁的 E r和 H 分别增加7%和26%;Burgers蠕变力学模型可有效描述胶合界面区域管胞壁的纳米压痕蠕变特性,经树脂渗透后,木材管胞壁的瞬时弹性模量增加,黏弹性模量和黏性系数减小;在保载初期,PF界面区域木材管胞壁的蠕变柔量约下降60%,UF界面区域木材管胞壁的蠕变柔量约下降58%。动态力学行为方面,随着加载频率增加,界面材料的储能模量( E ′ r)逐渐增大,而损耗模量( E ″ r)和损耗因子(tan δ)呈减小趋势;当加载频率为10 Hz时,PF和UF树脂渗透使得管胞壁层的储能模量分别增加16%和29%。【结论】胶合界面区域胶黏剂进入管胞壁层,对木材管胞的静态力学性能具有增强作用,同时胶黏剂可提高管胞壁的短期抗蠕变能力;木材管胞壁具有较高的储能模量和损耗模量,而树脂的储能模量和损耗模量较低,经树脂渗透后,木材管胞壁的储能模量增加,但损耗模量和损耗因子呈下降趋势,可能对界面传递和分散应力产生不利影响。     

基于有限元模拟的单板层积材纵Ⅱ型切屑形成机理

研究单板层积材切削加工中纵Ⅱ型切屑形成机理,通过对材料几何模型、力学模型和切屑分离等关键物理环节建模,建立切削加工的有限元模型,并利用该有限元模型模拟纵Ⅱ型切屑形成的全过程,通过分析切屑的形成过程以及该过程中的切削力和应力应变的变化规律,利用有限元软件的模拟功能,得到其切屑的形成过程和切削过程中工件的应力、应变分布及切削力的变化情况,有效揭示纵Ⅱ型切屑形成的内部因素。     

带锯条安全容许高张紧力计算法的研讨

本文根据锯条不对称弯曲(或脉动)循环交变应力的持久极限,提出带锯条安全容许的高张紧力公式,并与日本木材工业手册(1982)的张紧力计算式和瑞典Kockums集团公司的高张紧力上限线作了对比。分析研究证明,作用于带锯条并转化成等效脉动循环容许的最大变应力大约为250N/mm~2。要提高张紧应力,必须使用较薄的锯条,以降低弯曲应力来补偿张紧应力的提高,保持总应力状态大致不变。     

无损检测技术的应用

无损检测(Non Destructive Testing或Non Destructive Evaluation,简称NDT或NDE),又称非破坏性检测,是利用材料的不同物理力学或化学性质在不破坏目标物体内部及外观结构与特性的前提下,对目标物体相关特性(如形状、位移、应力、光学特性、流体性质、力学性质等)进行测试与检验.尤其是对各种缺陷的测量.无损检测的最大特点是既不破坏材料的原有特性,而且能在短时间内获得期望的结果,以便操作人员迅速作出判断,有利于连续生产和提高生产效率,还有利于作出正确的决策.