CN109900565B - 测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法 - Google Patents

测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法 Download PDF

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CN109900565B CN201910245298.5A CN201910245298A CN109900565B CN 109900565 B CN109900565 B CN 109900565B CN 201910245298 A CN201910245298 A CN 201910245298A CN 109900565 B CN109900565 B CN 109900565B
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Abstract

本发明提供一种测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,该方法的推算公式是依赖于材料类型和方板宽厚比的关系式,得到的剪切模量准确。以十字交叉的两根弹性绳悬挂方板;一根弹性位于方板宽度方向的中间位置;另一根弹性绳位于方板长度方向的中间位置;加速度计安装于方板上表面沿长度方向距角点3/8l处;锤击方板激励方板自由振动,通过加速度计接受振动信号并转换为电信号输出,应用信号和系统分析软件处理,显示出加速度频谱;从频谱上读取试件的一阶扭转频率ft;木材密度为ρ;所述方板的长l、宽b、厚h;方板是木基结构板材,方板的上下表面是木材的径切面或弦切面,方板的上下表面是木材的横切面时,分别按
Figure DDA0002010889500000011
Figure DDA0002010889500000012
计算剪切模量。

Description

测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法
技术领域
本发明涉及材料剪切模量测试方法,具体地说,是一种测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法。
背景技术
传统的静态测试材料剪切模量方法,采用的是圆形截面试件。通过扭转试验机给试件施加一对大小相等转向相反的力偶矩,该力偶矩在数值上等于试件在扭转变形时圆截面上的扭矩,再使用扭角仪同步测定杆件两个相邻截面上的相对扭转角,根据扭矩和单位相对扭转角关系以及圆形截面的极惯性矩可推算出试件材料的剪切模量。这种传统的测试剪切模量方法,也是一种从定义出发测试剪切模量的经典方法。
工程上经常使用木基结构板材,例如MDF中纤板,OSB定向刨花板等,如何根据板材直接测试其剪切模量具有实际应用价值。根据多年测试实践,方板扭转加载试验台制造简单,砝码加载简便(实质上构成一台柔性试验机),测试数据重复性好,适合于中小型试验室使用和推广。此外方板静态扭转试验测试的材料静剪切模量也可以作为动态测试剪切模量准确性的检验。对于木基结构板材或木材的剪切模量一般在2000MPa以内,故砝码是一种可行、简单和稳定的加载方式,易于实现,得到的数据可靠。方板静态扭转法测试剪切模量虽有上述优点,但使用的应变片是一次性的,耗资,费时,对试验人员粘贴应变片技术以及测试仪器调试也有一定要求,不利于推广,发展动态法测试材料常数是一种趋势,弹性模量动态测试趋于成熟,剪切模量动态测试正在发展,并逐步在完善。
动态法测试的是频率,使用加速度计或声级计为传感器,可反复使用,因此动态法具有快速、简便、经济和重复性好的优点。传统的方板扭转振动法测试木(质)材剪切模量的方法,是先测出方板一阶扭转频率,然后用方板的一阶扭转频率测试值推算剪切模量。但其推算剪切模量的公式采用了一个与材料类型和方板宽厚比无关的固定系数0.9,这必然产生一定误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,该方法计算木基结构板材和木材剪切模量的推算公式是依赖于材料类型和方板宽厚比的关系式,不是一个固定系数0.9,测试得到的剪切模量准确。
本发明所述的测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,所述方板的长l、宽b、厚h;以十字交叉的两根弹性绳悬挂方板;一根弹性绳沿方板的长度方向延伸,且位于方板宽度方向的中间位置;另一根弹性绳沿方板的宽度方向延伸,且位于方板长度方向的中间位置;加速度计安装于方板上表面沿长度方向距角点3/8l处;锤击方板上表面的角点处激励方板自由振动,通过加速度计接受振动信号并转换为电信号输出,再将电信号放大、滤波后经AD转换将模拟信号变为数字信号,应用信号和系统分析软件处理,显示出加速度频谱;从频谱上读取试件的一阶扭转频率ft;木材密度为ρ;
若方板是木基结构板材,根据下式计算剪切模量公式:
Figure BDA0002010889480000021
若方板是木材,且上下表面是径切面或弦切面,根据下式计算剪切模量公式:
Figure BDA0002010889480000022
若方板是木材,且上下表面是横切面,根据下式计算剪切模量公式:
Figure BDA0002010889480000023
其中,矩形截面形状因子,
Figure BDA0002010889480000024
上述的测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,其特征是:木基结构板材为中密度纤维板MDF、定向刨花板OSB;木材为层积材LVL、云杉、山毛榉、欧洲赤松、樟子松、北美黄杉。
上述的测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,方板长度为90-300mm,厚度7-30mm。
本发明的有益效果:
本发明提出的自由方板扭转振型法测试木基结构板材和木材剪切模量的推算公式是依赖于材料类型和方板宽厚比的关系式,却不是一个固定系数0.9,对木基结构板材和木材剪切模量的计算更加准确。本专利选择了MDF、OSB二种木基结构板材、LVL一种层积材和山毛榉、欧洲赤松、樟子松三个树种为测试对象,一方面对其用本专利提出的自由方板扭转振型法测试其剪切模量,另一方面,对用于动态测试的方板进行静态剪切模量测试,以验证自由方板扭转振型法用于测试木基结构板材和木材剪切模量的可行性。
附图说明
图1是方板自由悬挂及其坐标系示意图;
图2是MDF自由方板(l/b=1)在x=l/2,y=b/2板边上的z向位移图;
图3是MDF自由板(l/b=2)在x=l/2,y=b/2板边上的z向位移图;
图4是云杉自由方板(l/b=1)在x=l/2,y=b/2板边上的z向位移图;
图5是云杉自由板(l/b=3)在x=l/2,y=b/2板边上的z向位移图;
图6是一MDF方板(240mm×241mm×7.19mm)频谱;
图7是一OSB方板(240mm×240mm×11.15mm)频谱;
图8是一LVL方板(303mm×303mm×30mm)频谱;
图9是一山毛榉方板(91.6mm×92.1mm×11.32mm)频谱;
图10是方板扭转试验测试示意图;
图11是方板静态扭转的等效力系示意图;
图12是上、下板面粘贴±45°方向应变片示意图;
图13是上、下板面±45°应变片全桥接法示意图;
图14是木质和木材自由方板π2/(4γβ)-l/h变化曲线。
具体实施方式
1.方法
1.1方板自由悬挂及其坐标系
设板长l、宽b、厚h(方板l=b),坐标原点取在板中心,x轴沿板的轴线,取自顺木纹纹理方向或木基结构板纵向,其正向水平向右;z轴铅直向下为正;y轴沿板宽度,垂直于顺木纹纹理方向或沿木基结构板横向,其正向按右手螺旋规则确定,如图1所示。
1.2自由方板一阶扭转振型特征
应用ANSYS shell 63单元模态程序块计算MDF自由板(长宽比l/b=1,2)和云杉自由板(长宽比l/b=1,3)的一阶扭转振型,自由板的一阶扭转振动存在x=0和y=0两条节线。
MDF自由方板(l/b=1)在x=l/2,y=b/2板边上的z向位移分量W(x,y)沿y轴和沿x轴变化近乎相同,略呈曲线变化(图2);长宽比等于2的MDF自由板在x=l/2板边,z向位移沿y轴近似线性变化,而在y=b/2板边上的z向位移,沿x轴变化呈曲线(图3)。
云杉自由板长宽比l/b=1、3时,其一阶扭转振型在x=l/2,y=b/2板边上的z向位移W分布如图4、5所示。
木材方板(l=b),其一阶扭转振型特征:在y=±b/2上各点,z向位移(沿x轴)变化近似于一条直线,而在x=±l/2上各点,z向位移(沿y轴)呈曲线变化,该曲线可用y的四次多项式拟合(图4);木材自由板的长宽比为3时,x=±l/2上各点,z向位移近似于一条直线,而在y=±b/2上各点,z向位移呈曲线变化,该曲线可以用x的四次多项式拟合,即l/b=1和3时,在x=±l/2和y=±b/2上各点z向位移特征正好相反(图4,图5)。
1.3木基结构板材自由方板一阶扭转频率与其剪切模量的关系式
程可和王正在文“基于自由板扭转振形法测试剪切模量的一个新方法”(2015年9月,南京工业大学学报,第37期第5卷)中给出
Figure BDA0002010889480000031
其中:G-剪切模量,Pa;l-板长,m;b-板宽,m;h-板厚,m;γ-自由板振型系数,与材料类型和板长宽比有关;β-矩形截面形状因子;ft-自由板一阶扭转频率,Hz。
矩形截面形状因子,
Figure BDA0002010889480000032
振形系数γ=7.4444(1-0.0765b/l+0.3045b2/l2-0.1374b3/l3) (1b)
(r2=0.99958,n=8,l/b=1~8)
式(1b)虽根据低碳钢自由板通过ANSYS模态程序块计算的一阶扭转振型得到,但已有效地应用于铝、钢、玻璃和木质MDF、OSB等材料。
对于木基结构板材的自由方板振型系数若取低碳钢自由方板的振型系数γ=8.1189,则由式(1),可得木基结构板材自由方板一阶扭转频率与其剪切模量的关系式:
Figure BDA0002010889480000041
1.4木材自由方板一阶扭转频率与其剪切模量的关系式
设自由方板一阶扭转振动
w(x,y,t)=W(x,y)sinωt
其中:W(x,y)为一阶扭转振动的振型函数,ω为一阶扭转固有圆频率。
根据自由木材方板一阶扭转振型在y=b/2和x=l/2的z向位移变化特征(图4),可设
Figure BDA0002010889480000042
k由x=l/2,y=b/2的z向位移等于W(l/2,b/2)确定之。系数A,B,C,D可采用如下的目标函数L取最小值获得:
Figure BDA0002010889480000043
方板绕y轴的转角(即扭转角):
Figure BDA0002010889480000044
自由方板作一阶扭转振动振型相对于板中间截面(y=0)反对称,故计算动能和应变能可按1/2板(0≤y≤b/2,-l/2≤x≤l/2)进行。
动能T
Figure BDA0002010889480000045
ρ-材料密度;
Figure BDA0002010889480000046
Figure BDA0002010889480000047
ft一自由方板1阶扭转频率
应变能U
相对扭转角
Figure BDA0002010889480000051
y截面扭矩:
Figure BDA0002010889480000052
式中:
Figure BDA0002010889480000053
应变能
Figure BDA0002010889480000054
Figure BDA0002010889480000055
根据Tmax=Umax
Figure BDA0002010889480000056
Figure BDA0002010889480000057
Figure BDA0002010889480000058
并设
Figure BDA0002010889480000059
Figure BDA00020108894800000510
式中:G-剪切模量,Pa;l-方板沿木纹纹理方向长度,m;b-方板垂直于木纹纹理方向的长度,m;h-方板厚度,m;ρ-气干密度,kg/m3;ft-方板一阶扭转频率,Hz;γ-木材自由方板振型系数;
Figure BDA00020108894800000511
1.5木材自由方板的振型系数计算
为计算木材自由方板振型系数,选择云杉、山毛榉、欧洲赤松和北美黄杉等树种,先应用ANSYSSheel63单元模态程序块计算它们的自由方板一阶扭转振型(z向位移分量),后用优化原理确定系数A,B,C,D,即当木材自由方板作一阶扭转振动时,将沿x=l/2板边的W(l/2,y)拟合为y的四次多项式,进而计算出积分IT
Figure BDA00020108894800000512
从而得到木材自由方板振型系数γ的数值。
云杉,欧洲赤松,山毛榉和北美黄杉等树种计算的自由方板木材径切面、弦切面和横切面的振型系数如表1所示。
表1中,主向是指板材上下表面,LR是径切面,LT是弦切面,RT是横切面。
表1.云杉,欧洲赤松,山毛榉和北美黄杉自由方板径向、弦向和横向振型系数
Figure BDA0002010889480000061
从表1数据可得:
弦切面振型系数均值7.6671,变异系数0.73%;
径切面振型系数均值7.7689,变异系数0.58%;
横切面振型系数均值8.5776,变异系数1.11%。
由于弦切面和径切面振型系数均值仅差1.3%,可近似将弦切面和径切面自由方板的振型系数取为7.718;而横切面振型系数取为8.5776。
据式(3),得
木材弦切面和径切面自由方板的一阶扭转频率推算其剪切模量公式:
Figure BDA0002010889480000062
木材横切面自由方板的一阶扭转频率推算其剪切模量公式:
Figure BDA0002010889480000063
2.试验
2.1材质和试件
材质:MDF、OSB、LVL层积材、山毛榉、欧洲赤松、樟子松。
试件尺寸和数量:
MDF 240mm×240mm×7mm 6块,含水率9%;
OSB 240mm×240mm×12mm 4块,含水率10%;
LVL层积材 303mm×303mm×30mm 4块含水率10%;
山毛榉 92mm×92mm×11.3mm 6块含水率10%;
欧洲赤松 90mm×90mm×12.1mm 5块含水率10%;
樟子松 146mm×146mm×9.8mm 2块;144mm×144mm×15.0mm 2块含水率10%;
2.2试验仪器和设备
CRAS振动及动态信号采集分析系统1套,包括调理箱、采集箱、信号与系统分析软件,测试方板频谱。
方板扭转试验加载装置1套,由钢板、承载固定顶针、支承螺栓和加载砝码组成。其中,两支承螺栓安装于钢板上,与承载固定顶针以及试件悬挂加载砝码处中心构成正方形,以此支撑方板和加载,实现方板双向扭转;
KD6005型八通道动态电阻应变计1台;
传感器:BX120-10AA型电阻应变片、BX120-20AA型电阻应变片(灵敏系数2.08%+1%);CA-YD-125型压电式加速度传感器1只,其电荷灵敏度为0.34pC·ms﹣2,质量1.5g;声级计;
其它仪器及其配套件:HK-30木材含水率测试仪1只、TG328B电光分析天平(0.001g)1台、活动扳手1把、橡胶锤1把、钢锤1把,钢卷尺(0~5m)1把、游标卡尺(0~150mm)1把、0.425kg规格砝码3只,0.85kg规格砝码3只,1.275kg规格砝码5只。
2.3试验设计
设计不同材质和不同宽厚比的方板试件,选择MDF、OSB、LVL、山毛榉、欧洲赤松和樟子松材料制做方板,其宽厚比分别为33、20、15和10。
用弹性绳以十字方式悬挂方板试件,实现自由方板。
对每一材质自由方板先测试其频谱,从频谱上读出自由方板一阶扭转频率,再分别用自由方板扭转振型法(本发明的方法)和自由方板扭转振动法推算板材的剪切模量。
对6种动态测试剪切模量的方板,在其上、下板面中心处粘贴±45°方向应变片,按全桥方式或半桥方式连接这四枚应变片,在测试应变后,根据方板静态扭转法推算板材静剪切模量,以检验自由方板扭转振型法测试剪切模量的正确性。
2.4木基结构板材和木材自由方板一阶扭转频率测试
MDF、OSB、LVL、山毛榉自由方板测试的频谱分别如图6-图9所示。
图6中示出的一MDF方板(240mm×241mm×7.19mm)频谱,其一阶扭转频率203.13Hz,位于频谱图的第一高峰对应的频率。图7中示出的一OSB方板(240mm×240mm×11.15mm)频谱,一阶扭转频率285.31Hz,位于频谱图的第一高峰对应的频率。图8中示出的一LVL方板(303mm×303mm×30mm)频谱,一阶扭转频率360.43Hz,位于频谱图的第二高峰对应的频率。图9中示出的一山毛榉方板(91.6mm×92.1mm×11.32mm)频谱,其一阶扭转频率1521.3Hz,位于频谱图的第一高峰对应的频率。
从自由方板频谱图中识别出一阶扭转频率是正确测试剪切模量关键,特别是木材自由方板的横向一阶弯曲频率和一阶扭转频率对应于频谱图十分靠近的两个高峰,且这两个频率在频谱图上出现的前后又与树种有关。一般要从方板模态试验的振型加以识别,但由于这两个靠近的高峰,对木材必定是横向一阶弯曲频率和一阶扭转频率,故有一个简易的识别方法,即敲击方板中心,在频谱图上高峰下降的哪个频率可判别为方板一阶扭转频率。
2.5方板静态扭转试验
2.5.1方板静态扭转法试验装置
方板扭转试验测试材料剪切模量的测试系统由方板试件、扭转试验台、砝码和应变仪组成。
方板扭转试验台通过砝码加载使方板四个角点承受四个集中力P,相邻两角点上的P力反向,P力的大小等于砝码的重力(图10),图10所示的方板受力,其等效力系如图11所示,从图11看到,方板扭转试验台对方板施加的荷载使其产生x向和y向的双向扭转。
在方板上、下板面的中心沿±45°方向粘贴应变片(图12)。当砝码加载时,应变片接受方板产生的应变,经过电桥电路输入到应变仪放大,且将产生的应变显示于屏幕上,于是得到一组载荷所对应的应变读数数据。
2.5.2全桥接法
测量应变时占用应变仪一个通道。上板面-45°片接桥盒1,2;上板面+45°片接桥盒2,3;下板面-45°片接桥盒1,4;下板面+45°片接桥盒3,4(图13)。
当±45°应变片全桥接法时,载荷P产生的真实应变=应变仪应变读数/2kc,kc为应变片灵敏系数。1.5.3加载方案
砝码加载。两级加载,即初载荷→加载荷增量→加载荷增量,根据应变增量不小于50或100微应变设计载荷增量。
调应变仪所用通道平衡后,加初载荷,读取应变后,加第一次载荷增量,读取应变,再加第二次载荷增量,读取应变。
一块试件,连续三次测量,舍去第一次测量数据,取后两次试验的应变,计算应变差值的平均值,推算的剪切模量作为该试件的剪切模量测试值。
1.5.4方板静态扭转法由应变测量值推算剪切模量的公式
全桥接法
Figure BDA0002010889480000081
式中:G-剪切模量,MPa;ΔP-载荷增量,N;h-方板厚度mm;
Δε-全桥应变增量με。
3结果和分析
3.1结果
3.1.1MDF OSB LVL山毛榉欧洲赤松剪切模量测试结果
方板扭转振型法和方板静态扭转法测试的MDF、OSB、LVL、山毛榉(弦向)和欧洲赤松(弦向)剪切模量如表2所示。
表2 自由方板扭转振型法和方板静态扭转法测试的MDF OSB LVL 山毛榉 欧洲赤松剪切模量
Figure BDA0002010889480000082
3.1.2樟子松剪切模量测试结果
以樟子松146mm×146mm方板为试件(不等厚度),用自由方板扭转振型法和方板静态扭转法测试的樟子松剪切模量如表3所示。
表3.自由方板扭转振型法和方板静态扭转法测试的樟子松(弦向)剪切模量
Figure BDA0002010889480000091
3.2分析
3.2.1自由方板扭转振型法测试木(质)材剪切模量分析
自由方板扭转振型法测试木(质)材剪切模量的推算公式,涉及式(2)、式(4)和式(5)。其中式(2)来自于低碳钢自由方板的振型系数γ=8.1189,现将其应用于MDF、OSB等木基结构板的依据分析如下:
对于MDF自由方板,若其弹性模量E=2.2GPa,泊松比μ=0.25,密度ρ=710kg/m3作为ANSYS模态程序块计算的输入参数,经ANSYS计算的一阶扭转振型在x=l/2和y=b/2板边上具有接近相同的z向位移,略呈曲线分布,作为一种近似,x=l/2板边z向位移沿y轴线性变化,y=b/2板边z向位移沿x轴呈曲线变化,该曲线可用x的四次多项式拟合,经计算MDF自由方板的振型系数γ=8.1145,它与低碳钢自由方板振型系数8.1189之差为0.054%,故可认为公式(2)适用于MDF。
对于OSB板材,根据OSB板长宽比为1.25,1.5,2,3,4,5,6,8计算的自由板振型系数计算值的拟合式,将其外推到板长宽比为1的振型系数值,从而OSB自由方板的纵向振型系数=8.0956,而横向振型系数=8.0604,外推虽存在一定的不可靠性,但从整板纵向和横向下料的方板振型系数的差异仅0.4%,可认为根据纵向和横向下料的OSB方板的一阶扭转频率推算出的剪切模量是可信的,又考虑到OSB方板的振型型数与低碳钢方板振型系数相差仅0.3%,故式(2)也适用于OSB方板测试其剪切模量。
对LVL层积材本文采用式(4)推算其剪切模量,现分析如下:从LVL整板,沿纵向(顺纹)下料试件测得弹性模量E与沿整板横向下料试件测得弹性模量E之比(E/E)等于16.6;当试件长宽比l/b=3.16和l/b=2.15时,G/G分别等于1.16和1.12。从纵横弹性模量和纵横剪切模量测试的比值看,LVL层积材具有木材特征,是不同于MDF和OSB板材,故对于LVL推算剪切模量的公式本文采用式(4),而不是式(2)。
MDF和OSB板材用式(2)推算剪切模量的正确性得到方板静态扭转试验的验证(表2);式(4)的正确性得到LVL层积材、山毛榉、欧洲赤松和樟子松等树种的方板静态扭转试验的验证(表2、表3)。
3.2.2自由方板扭转振型法与自由方板扭转振动法测试剪切模量结果的对比
Nakao and Okano在Evaluation of modulus of rigidity by dynamic plateshear testing一文中给出测试木基结构板材剪切模量的自由方板扭转振动法,该方法测试剪切模量公式为
Figure BDA0002010889480000101
文中经过一系列数据阐述,对β1的取值作了如下规定:
对于各向同性材料:β1=0.9;
对于木质胶合板:取β1=0.9,G的计算值和期望的精确值误差在±5%之内
于是,自由方板扭转振动法测试各向同性材料和木质胶合板剪切模量的公式可统一写为
Figure BDA0002010889480000102
式中:G-剪切模量,Pa;a-方板长,m;b-方板宽,m;h-方板厚,m;ρ-密度,kg/m3;ft-方板一阶扭转频率,Hz。
式(2)、式(4)和式(5)与式(6)不同点在于:式(6)采用了一个与方板宽厚比和材料类型无关的固定系数0.9(参看式(6)和图14)。
从图14看到:传统的自由方板扭转振动法用于测试木质板材和木材弦向和径向剪切模量是低于自由方板扭转振型法测试的剪切模量,对于木质板材,当方板宽厚比>18时,两种测试方法的相对误差才在5%以内,而对于弦向和径向木材,两种方法测试的剪切模量相对误差皆在5%以上;当自由方板宽厚比大于7时,两种方法测试的木材横向剪切模量相对误差才在5%以内。
表4列出自由方板扭转振型法、自由方板扭转振动法和方板静态扭转法三种方法测试的MDF、OSB、LVL、山毛榉、欧洲赤松和樟子松的剪切模量平均值,括号内的百分数是自由方板扭转振型法或自由方板扭转振动法测试的剪切模量相对于方板静态扭转法测试的剪切模量的误差。表4的试验结果证实了图14所示的木质和木材自由方板π2/(4γβ)-l/h变化曲线是正确的。
表4 自由方板扭转振型法、自由方板扭转振动法和方板静态扭转法测试木(质)材剪切模量一览表
Figure BDA0002010889480000103
4.结论
4.1MDF(木基结构板材)和云杉(木材)自由方板具有不同的一阶扭转振型。MDF自由方板的一阶扭转振型在板边x=l/2和y=b/2上具有近乎相同的函数关系,且略呈曲线图象;云杉自由方板的一阶扭转振型:在板边y=b/2上呈直线图象,而在板边x=l/2上可用y的四次多项式拟合;
4.2根据自由方板一阶扭转振型、能量法和优化原理导出的木基结构板材或木材自由板一阶扭转频率和剪切模量的关系式不仅具有可靠的理论基础,还考虑了材料类型和方板宽厚比对剪切模量测试值的影响;
4.3自由方板扭转振型法测试木基结构板材和木材剪切模量的正确性得到方板静态扭转法的验证,这两个方法测试的MDF、OSB、LVL、山毛榉、欧洲赤松和樟子松的剪切模量相当吻合;
4.4理论和试验皆表明传统的自由方板扭转振动法测试的木基结构板材和木材剪切模量偏低,其偏低程度与材料类型和方板宽厚比有关。

Claims (3)

1.测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,所述方板的长l、宽b、厚h;以十字交叉的两根弹性绳悬挂方板;一根弹性绳沿方板的长度方向延伸,且位于方板宽度方向的中间位置;另一根弹性绳沿方板的宽度方向延伸,且位于方板长度方向的中间位置;加速度计安装于方板上表面沿长度方向距角点3/8l处;锤击方板上表面的角点处激励方板自由振动,通过加速度计接受振动信号并转换为电信号输出,再将电信号放大、滤波后经AD转换将模拟信号变为数字信号,应用信号和系统分析软件处理,显示出加速度频谱;从频谱上读取试件的一阶扭转频率ft;木材密度为ρ;
其特征是:
若方板是木基结构板材,根据下式计算剪切模量公式:
Figure FDA0002010889470000011
若方板是木材,且上下表面是木材径切面或弦切面,根据下式计算剪切模量公式:
Figure FDA0002010889470000012
若方板是木材,且上下表面是木材横切面,根据下式计算剪切模量公式:
Figure FDA0002010889470000013
其中,矩形截面形状因子,
Figure FDA0002010889470000014
2.如权利要求1所述的测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,其特征是:木基结构板材为中密度纤维板MDF、定向刨花板OSB;木材为层积材LVL、云杉、山毛榉、欧洲赤松、樟子松、北美黄杉。
3.如权利要求1所述的测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法,其特征是:方板长度为90-300mm,厚度7-30mm。
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