木材的弹性与粘弹性

论文摘要

弹性,是大多数固体材料在低应力作用变形时表现出来的一种力学行为。固体的弹性行为服从虎克定律,木材纵向受力时的应力和应变在比例极限内服从虎克定律。木材弹性常数是反映木材材性的指标,也是木结构设计和木质复合材料设计的重要参数。随着现代科学技术的发展,测量木材弹性模量的方法越来越多,手段也越来越先进。本试验采用的电测法和引申仪法测出杨木、鱼鳞云杉、落叶松和红锥四种木材的12个弹性系数,横切面、径切面和弦切面三面的泊松比。首先要确定木材在拉伸、压缩和弯曲弹性模量的大小,该试验用电测法和引伸仪两种方法研究杨木、鱼鳞云杉、泡桐和红锥四种不同树种的木材,在相同条件下来进行拉伸、压缩和弯曲弹性模量的比较,然后用压缩的方式并采用电测法测试了四种木材的12个弹性常数。并用正交各向异性体材料的限制条件进行验证。粘弹性是木材高聚物材料力学性能的一个重要特征。理想的弹性固体服从虎克定律,即在形变很小时,应力正比于应变,理想的粘性液体服从牛顿定律,即应力正比于应变速率。而木材高分子材料受外力而产生的变化介乎弹性固体和粘性液体之间;粘弹性是聚合物力学性能中最引人注目的特点,因此了解粘弹性现象,不仅是研究木材聚合物结构的一个重要分支,也是掌握木材这类高聚物力学性能的关键。本实验在粘弹性材料静态力学试验的基础上研究木材材料蠕变的模拟关系,并提出了用新方法来研究木材粘弹性的动态力学性能,即标准线性固体模型来描述材料的粘弹性性质。即通过强迫共振法推导了在一阶共振频率下的复模量和粘弹性参数E_R,τ_σ、τ_ε,并分析了粘弹性材料的阻尼损耗能。试验结果表明:1.木材是高度异向性材料,拉伸和压缩弹性模量,可看作近似相等。不同的树种它的弯曲模量相对与拉伸和压缩也不同。2.用电测法测试木材的弹性常数是行之有效的,试验测得的各项数据,变异系数均小于20%。3.木材在静载荷的作用下,抗瞬间弹性变形能力增强,说明应变的增长滞后于应力的增长。松弛时间并随着测试试件跨度的增长而增大的趋势,说明材料在静载荷的作用下,抗短期粘性蠕变能力下降。4.静态恒应力载荷下的蠕变性质和动态变应力下的粘弹性性质不一样的。5.木材材料呈现出较强的弹性和较弱的阻尼,阻尼系数较低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1 引言
• 2 试验设备与材料
• 2.1 试验设备
• 2.2 试材
• 3 木材的弹性
• 3.1 木材的拉伸、压缩和弯曲弹性模量的测试
• 3.1.1 试验材料与试样
• 3.1.2 试验原理与方法
• 3.1.3 结果与分析
• 3.2 电测法测量木材的弹性模量
• 3.2.1 电测法测木材弹性模量试验原理
• 3.2.2 电测法测木材弹性模量试验方法
• 3.2.3 四种木材的12个常数的测定
• 4 粘弹性的测量
• 4.1 粘弹性的静态力学特性
• 4.1.1 木材弯曲蠕变的粘弹性模型
• 4.1.2 四种木材弯曲蠕变的测量
• 4.1.3 木材蠕变常数的确定与数据分析及处理
• 4.2 木材的动态粘弹性
• 4.2.1 木材动态粘弹性数学模型的选择
• 4.2.2 用振动梁方法测量木材的粘弹性材料的复模量和粘弹性参数
• 4.2.2.1 试验试材与试验装置
• 4.2.2.2 用共振法测定固有频率及振型
• 4.2.2.3 木材粘弹性材料的复模量、粘弹性参数和内耗角参数的测定
• 5 结论
• 文献参考
• 致谢
• 作者简介
• 导师简介
• 在读期间发表论文