古建筑墙体木柱缺陷对其安全性影响数值模拟研究

  目的  墙体木柱作为木结构古建筑最重要的承重构件之一,容易出现裂纹、腐朽等缺陷,而各类缺陷会影响墙体木柱顺纹压应力的分布,导致其承载力降低,进而影响其安全性,直接威胁整个建筑的稳定性。因此,研究不同类型的缺陷对古建筑墙体木柱安全性影响是很有必要的。  方法  首先建立了墙体木柱裂纹缺陷、腐朽缺陷以及复合缺陷几何模型,并定义了墙体木柱的受压安全性系数k_c,然后使用Abaqus有限元软件分别模拟分析了裂纹缺陷模型、单侧腐朽缺陷模型、环形腐朽缺陷模型和复合缺陷模型最大顺纹压应力的大小和位置,探究了不同尺寸的缺陷对墙体木柱安全性的影响,并进行了实例验证。  结果  单侧腐朽缺陷以及复合缺陷会使墙体木柱在径向上出现较大偏移,对木柱的稳定性产生较大影响,而裂纹缺陷和环形腐朽缺陷在径向、顺纹方向和切向上偏移较小;裂纹缺陷、单侧腐朽缺陷、环形腐朽缺陷和复合缺陷都对墙体木柱最大顺纹压应力和安全性有较大影响,最大顺纹压应力总是出现在有效截面面积最小处,且均随各缺陷程度的增大呈指数增加,而安全性系数呈指数下降,同时复合缺陷对墙体木柱安全性的影响要大于单一缺陷对墙体木柱的安全性影响。半露明柱与暗柱在腐朽深度相同时,安全性相差不大,在腐朽面积相同时,半露明柱的安全性要远低于暗柱。  结论  裂纹缺陷和腐朽缺陷会降低墙体木柱的安全性,而有限元数值模拟能够计算出墙体木柱的顺纹压应力最大值,进而量化墙体木柱的安全性,其结果可以为墙体木柱的修缮提供依据。      

木质材料激光雕刻技术的研究

木质材料激光雕刻形式可分为切割雕刻、凹模雕刻和凸模雕刻三种,激光雕刻的材料去除原理与激光切割相同,多条未切透的切槽连在一起就形成成面积的材料去除。激光切槽的横截面呈“V”形,切割速度越低、激光电流越大,切槽宽度和深度也越大,其中切割速度和激光电流对切槽深度的影响程度比对切槽宽度大得多。     

“机械制造工程原理”课程教学实习的优化

"机械制造工程原理"是机械设计制造及其自动化专业的专业必修课,是原机械制造专业几门骨干专业课的综合,担负着让学生掌握零件加工方法、切削工艺、工艺路线排定、装配方法等重任。其中,零件机械加工工艺规程设计是这门课程的核心内容。为了达到较好的教学目的,该文作者通过教学实习,强化学生对该课程核心内容的掌握,采用布置大作业和辅导讨论等形式促进学生对工艺规程设计的练习。该文对该教学实习的内容及实践经验进行了阐述和总结。     

基于应力波和微钻阻力的古建筑木构件材料力学性能检测

以落叶松古建筑木构件材料为试验对象,定量试验对比了应力波技术与微钻阻力技术对材料力学性能的检测效果;并综合两种技术,探索了较单个技术检测精度更高的检测方法.试验结果表明,应力波检测方法在推算木构件材料抗弯弹性模量、抗弯强度方面的准确度要略高于微钻阻力检测方法,而在推算抗压强度方面,则微钻阻力检测方法的准确度略高;结合了...     

应力波在美国红松立木中传播机理的试验研究

为了解应力波在立木中的传播机理,本试验用3根新砍伐的美国红松原木来模拟立木,用FAKOPP应力波微秒计测量不同横截面上各个网格节点处的应力波到达时间。结果表明:1)在原木中纵截面上,应力波传播时间等值线在开始阶段为倾斜曲线;随着距离的增大,等值线倾斜度逐渐减小,直至最后与原木长度方向近似垂直。2)应力波到达同一个横截面各部位的时间差与传播距离和原木直径有关,传播距离越长,时间差越小;原木直径越小,时间差越小。3)应力波在中纵截面上,原木表层的传播距离与传播时间之间有很好的比例关系。     

薄板类木质材料弹性模量的动态测定

传统的材料弹性模量测定方法都是对材料试件进行静态变形试验,测定过程复杂、消耗时间长。本文以快速测量薄板类木质材料弹性模量为目标,探讨了一种基于悬臂梁自由振动原理的动态无损快速测定方法,研制出1台测量装置样机。首先用垂直悬臂夹持薄板木质材料试件上端,然后对其自由端施加1个初始变形,使其自由振动起来。采集试件振动信号,分析计算出振动的第一阶固有频率和振幅对数减缩,进而计算出试件的动态性能。测定效果表明:测量装置样机达到了研发目的,能快速测量试件的动态弹性模量。     

辐射松层板抗弯性能的指接参数优化及无损检测研究

[目的]通过对辐射松层板指接工艺的研究,优化指接过程中的参数,提高指接层板的力学性能;基于应力波方法,开展对指接层板抗弯性能的无损检测研究,提高指接层板的强度稳定性.[方法]通过预试验过程确定端压,选择4种不同指长的铣刀,设定3种不同嵌合度大小,研究3因素对指接层板抗弯性能的影响,进而从中选出较优指接参数组合并与标准比...     

面向古建筑木构件内部缺陷勘测的应力波临界速度确定

利用Fakopp应力波检测仪对北京市古建筑中较常使用材落叶松、琼楠、杉木进行检测,结合统计学中置信区间估算方法,处理应力波仪检测出的应力波在健康材料中的传播速度,总结出一套古建筑木构件现场缺陷检测的应力波传播临界速度的计算方法,期望利用此方法建立一个应力波速度检测依据,使在今后现场检测当中能快速、准确判断出古建筑木构件中是否存在缺陷及缺陷的位置,以便进一步的检测.     

古建筑圆柱形木构件内部缺陷筛查方法研究

为了快速、有效地筛查出古建筑木构件内部的缺陷,并估算其大小（尺寸）,使用Fakopp应力波检测仪和微钻阻力仪,在尽可能小的损伤情况下,快速筛查古建筑圆柱形木构件内部缺陷及其大小（尺寸）。并选取北京市古建筑常用木材落叶松（圆盘）进行验证试验。结果表明,利用Fakopp应力波检测仪和微钻阻力仪可以现场筛查古建筑木构件的内部缺陷及其大小（尺寸）。      

足尺中密度纤维板振动模态分析

为了利用振动法无损检测足尺中密度纤维板整板的弹性模量,对足尺中密度纤维板的振动特性进行研究。为了求解足尺中密度纤维板在自由振动下的模态参数,对3种厚度的足尺中密度纤维板,分别进行计算模态分析和试验模态分析,并对其自由振动形式下,前3阶模态振型和频率进行对比和分析。结果表明:1)3种不同厚度的足尺中密度纤维板表现出了相同的振动模态形式:第一阶、第二阶振型都是沿着长度方向的弯曲振动,第三阶振型则是沿着宽度方向的弯曲振动;2)计算模态分析和试验模态分析所得到的频率结果有一定的差距,其中,第一阶模态计算频率稍小于试验频率,第二和第三阶模态计算频率均大于试验频率;但计算模态频率与试验模态频率间有很好的相关性,决定系数达到了0.981 6。