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。