CN112432849B - 基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法 - Google Patents

基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112432849B
CN112432849B CN202011087516.6A CN202011087516A CN112432849B CN 112432849 B CN112432849 B CN 112432849B CN 202011087516 A CN202011087516 A CN 202011087516A CN 112432849 B CN112432849 B CN 112432849B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wood
grain
state
stress
following
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011087516.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112432849A (zh
Inventor
杨娜
李天昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN202011087516.6A priority Critical patent/CN112432849B/zh
Publication of CN112432849A publication Critical patent/CN112432849A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112432849B publication Critical patent/CN112432849B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，该方法将木材受压状态下的微观特征与Sun&Chen模型相结合，得到能够描述木材多种受力状态下的强度方程。由于木材抗剪强度主要通过木材顺纹和木材横纹受剪状态下的极限承载力评估，因此本发明的方法能够提供两种状态下的强度方程。木材顺纹状态下强度方程中的系数通过木材顺纹受压应力‑应变曲线获取，并结合木材主轴顺纹受压屈服强度预测木材顺纹受剪极限承载力；木材横纹状态下强度方程中的系数通过木材横纹受压应力‑应变曲线获取，并结合木材主轴横纹受压屈服强度预测木材横纹受剪极限承载力。本发明的方法通过红松木材试验予以验证，与预测结果对比，验证方法的准确性。

Description

基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法
技术领域
本发明涉及木材力学性能预测领域，尤其涉及对木材顺纹(LR平面)受剪和横纹(RT平面)受剪极限承载力的预测。
背景技术
木材属于多孔、非匀质、各项异性材料，其具有轻质、高强、易加工、可回收的特点，这些特点催生了木结构这一建筑结构形式，同时这些特点也是当前木结构发展迅速的原因。安全可靠地设计木结构建筑的前提是对其材料的力学性能进行深入了解，而木材力学性能主要包含抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度四个方面，木材强度通常通过屈服承载力和极限承载力进行描述。同时，木材属于正交各向异性材料，因此上述四种力学性能通常被划分为顺纹和横纹两大部分进行研究。
上述四种受荷载形式在实际木结构建筑中十分常见，尤其是木材受剪工况。在梁、柱连接核心区和梁端、柱端均存在剪力，而且剪力往往会造成极其危险的脆性破坏。因此对于木材顺纹(LR平面)受剪和横纹(RT平面)受剪极限承载力的获取是目前较为热门的问题。目前木材抗拉强度、抗压强度和抗弯强度均有统一的测试标准，尽管各国间的规范在加载方式和尺寸上稍有差异，但原理一致，并无争议存在。而木材抗剪强度的获取虽然有中国国家标准GB/T 1937-2009，美国标准ASTM-D143和日本标准JIS02-2401等规范，但是因为按照上述规范进行的剪切试验很难达到纯剪状态，剪切破坏过程中总有弯曲应力的存在，规范试验获得的剪切破坏极限承载力往往与木材受剪极限承载力间存在差异。剪应力在剪切破坏面上分布不均匀，试块凹角处有严重的应力集中现象，上述问题使得木材抗剪强度获取饱受争议。目前，针对规范试验的不足，学者们设计了许多新型剪切试验装置，以尝试获取木材纯剪状态下的极限承载力，遗憾的是这些新型装置依然存在诸多问题，例如试验中木块的理论破坏面未破坏，而开裂位置往往发生在试验装置与试件接触面边缘。破坏前往往出现较大变形，使得受剪破坏时，试件内部的应力形式发生变化，且试件与装置之间发生滑移。因此虽能得到较为准确的结果，但却需要大批量的试验，并人为遴选其中良好的结果。目前，仅依靠剪切试验获取木材受剪状态下的极限承载力十分困难。
针对上述问题，本发明公开了一种可以跳过木材剪切试验直接获取木材受剪状态下极限承载力的方法，该方法使用木材受压试验结果，获取能够描述木材受剪状态的强度方程，从而获取木材纯剪状态下的极限承载力，极大方便了木材抗剪强度的研究。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，可通过木材压缩试验结果，结合改进的单向纤维复合材料方程，简单、准确的获取木材受剪极限承载力。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
木材抗剪强度通常分为顺纹(LR平面)抗剪强度和横纹(RT平面)抗剪强度两种情况，因此一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，包括：基于木材顺纹(LR平面)抗压强度预测木材顺纹(LR平面)抗剪强度方法和基于木材横纹(RT平面)抗压强度预测木材横纹(RT平面)抗剪强度方法；
所述基于木材顺纹(LR平面)抗压强度预测木材顺纹(LR平面)抗剪强度方法，步骤如下：
将Sun&Chen模型中原屈服函数简化为LR平面状态下的屈服函数f(σij)，方程如下：
Figure GDA0003123775190000031
其中，σ11为木材顺纹状态下的L轴方向的正应力，σ22为木材顺纹状态下的R轴方向的正应力，σ22由试验获取，σ12为木材顺纹状态下的LR平面上的剪切应力；a11是与σ11相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，a22是与σ22相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，a12是与σ11和σ22均相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，其反应σ11与σ22屈服时的相互关系，a66是与σ12相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，系数k是与木材顺纹状态下的性能相关的物理量，该参数由木材顺纹状态下的单轴受力试验确定；
根据(a)木材塑性体积不可压缩假设；(b)木材在顺纹状态下受压时，纤维方向会表现出明显的塑性变形；(c)木材在顺纹状态(平行于L轴)下受压时，假定R轴和T轴方向的力学性质相同，即木材可由正交各向异性体转为横观各项同性体，由此得到：
a11＝-2a12；a12＝a13 (2)
将公式(2)代入公式(1)，又不失一般性的令a11＝1.0，得到：
Figure GDA0003123775190000032
式中系数k1＝k/a11，上述简化方式不会改变木材顺纹状态下的屈服面的形状；
Sun&Chen模型中木材顺纹状态下的有效应力和有效塑性应变如下所示：
Figure GDA0003123775190000033
其中，σx，
Figure GDA0003123775190000041
分别为木材顺纹状态下的受压试验中沿加载方向的试验应力和试验塑性应变，
Figure GDA0003123775190000042
和
Figure GDA0003123775190000043
分别为木材顺纹状态下在Sun&Chen模型中的有效应力和有效塑性应变，θ为木材顺纹状态下的受压试验中的偏轴角度，偏轴角度为L轴与受力轴间的夹角，h(θ)是木材顺纹状态下与偏轴角度相关的系数；
在木材顺纹状态下，将LR平面内的具有不同偏轴角度的受压试验应力-塑性应变曲线代入公式(4)；通过应力-塑性应变曲线获取有效应力-有效塑性应变曲线，选择合理的a22和a66值，使得多组木材顺纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线汇聚成为一条主曲线
Figure GDA0003123775190000044
木材顺纹状态下的主曲线呈现幂函数形式，具体表达式如下所示：
Figure GDA0003123775190000045
式中，A和n为主曲线拟合过程中获取的系数；合理选择a22和a66的值，使得主曲线拟合结果对应的决定系数R2最大，即R2接近1，R2由最小二乘法获取，该系数越接近1，则拟合结果越符合幂函数形式；将上述结果代入公式(3)，并将σ22代入公式(3)，则能确定公式(3)中全部未知参数；
最后，令公式(3)中σ11和σ22为零，则能描述木材顺纹受剪状态，从而获取该状态下的木材受剪极限承载力。
所述基于木材横纹(RT平面)抗压强度预测木材横纹(RT平面)抗剪强度方法，步骤如下：
将Sun&Chen模型中原屈服函数简化为RT平面状态下的屈服函数g(△ij)，方程如下：
Figure GDA0003123775190000046
其中，Δ22为木材横纹状态下的R轴方向的正应力，Δ33为木材横纹状态下的T轴方向的正应力，Δ33由试验获取，Δ23为木材横纹状态下的RT平面上的剪切应力；b22是与Δ22相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，b33是与Δ33相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，b23是与Δ22和Δ33均相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，其反应了Δ22与Δ33屈服时的相互关系，b44是与Δ23相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，系数l是与木材横纹状态下的性能相关的物理量，该参数由木材横纹状态下的单轴受力试验确定；
根据(1)木材塑性体积不可压缩假设；(2)木材在横纹状态下受压时，纤维方向会表现出明显的塑性变形；(3)木材在横纹状态下受压时，假定木材R轴和T轴方向的力学性质相同，由此得到：
b22＝b33＝-b23 (7)
将公式(7)代入公式(6)，又不失一般性的令b22＝1.0，得到：
Figure GDA0003123775190000051
式中系数l2＝l/b22，上述简化方式不会改变木材横纹状态下的屈服面的形状；
Sun&Chen模型中木材横纹状态下的等效应力和等效塑性应变如下所示：
Figure GDA0003123775190000052
其中，Δx，
Figure GDA0003123775190000053
分别为木材横纹状态下的受压试验中沿加载方向的试验应力和试验塑性应变，
Figure GDA0003123775190000054
和
Figure GDA0003123775190000055
分别为木材横纹状态下在Sun&Chen模型中的等效应力和等效塑性应变，φ为木材横纹状态下的受压试验中的偏轴角度，偏轴角度为R轴与受力轴间的夹角，i(φ)是与木材横纹状态下的偏轴角度相关的系数；
在木材横纹状态下，将RT平面内的具有不同偏轴角度的受压试验应力-塑性应变曲线代入公式(9)；通过木材横纹状态下的应力-塑性应变曲线获取木材横纹状态下的等效应力-等效塑性应变曲线，选择合理的b44值，使得多组木材横纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线可以汇聚成为一条主曲线
Figure GDA0003123775190000061
木材横纹状态下的主曲线形式符合幂函数形式，具体表示式如下所示：
Figure GDA0003123775190000062
式中，B和m为主曲线拟合过程中获取的系数，合理选择b44值，使得主曲线拟合结果对应的决定系数S2最大，即S2接近1，S2由最小二乘法获取，该系数越接近1，则拟合结果越符合幂函数形式；将上述结果代入公式(8)，并将Δ33代入公式(8)，则能确定公式(8)中全部未知参数；
最后，令公式(8)中Δ22和Δ33为零，则能描述木材横纹受剪状态，从而获取该状态下的木材受剪极限承载力。
附图说明
本发明有如下附图：
图1-1为本发明公开方法实施例提供的红松木顺纹(LR平面)受压试验试件示意图，偏轴角度θ＝0°；
图1-2为本发明公开方法实施例提供的红松木顺纹(LR平面)受压试验试件示意图，偏轴角度θ＝45°；
图1-3为本发明公开方法实施例提供的红松木顺纹(LR平面)受压试验试件示意图，偏轴角度θ＝90°；
图2为本发明公开方法实施例提供的红松木顺纹(LR平面)受压状态下的应力-塑性应变曲线示意图；
图3为本发明公开方法实施例提供的红松木顺纹(LR平面)受压状态下的有效应力-有效塑性应变主曲线示意图；
图4为本发明公开方法实施例提供的红松木顺纹(LR平面)Iosipescu剪切试件示意图；
图5-1为本发明公开方法实施例提供的红松木横纹(RT平面)受压试验试件示意图，偏轴角度θ＝0°；
图5-2为本发明公开方法实施例提供的红松木横纹(RT平面)受压试验试件示意图，偏轴角度θ＝45°；
图5-3为本发明公开方法实施例提供的红松木横纹(RT平面)受压试验试件示意图，偏轴角度θ＝90°；
图6为本发明公开方法实施例提供的红松木横纹(RT平面)受压状态下的应力-塑性应变曲线示意图；
图7为本发明公开方法实施例提供的红松木横纹(RT平面)受压状态下的有效应力-有效塑性应变主曲线示意图；
图8为本发明公开方法实施例提供的红松木横纹(RT平面)Iosipescu剪切试件示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-8对本发明作进一步详细说明。
A.基于木材顺纹(LR平面)抗压强度预测木材顺纹(LR平面)抗剪强度方法的实施例如下：
从红松木原木上截取偏轴角度θ＝0°，45°，90°的木材试件，截取方式和尺寸选取依照木材顺纹抗压强度试验方法GB/T 1935-2009，截取后的红松木顺纹(LR平面)受压试验试件参考图1-1，图1-2，图1-3。使用INSTRON 5582万能试验机加载，该试验机的负载能力是100kN，加载速率1.0mm/min。加载过程中荷载和应变数据通过TDS-530数据采集系统进行采集。通过计算获取红松木顺纹(LR平面)受压状态下的应力-塑性应变曲线，参考图2。通过试值法选取合理的a22和a66值。将最优值代入公式(4)，获取多组木材顺纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线，上述曲线上各点能够拟合成一条主曲线，木材顺纹状态下的主曲线形式见公式(5)。通过上述过程可知，a22＝14.41，a66＝2.58，A＝6.44，n＝0.22，R2＝0.89，木材顺纹状态下的主曲线参考图3。故此公式(3)可以写成：
Figure GDA0003123775190000071
将红松木沿R轴受压的屈服应力(σ22＝4.18MPa)代入公式(11)，则k1＝251.89Mpa2。令σ11和σ22均为零，此时公式(11)可以描述木材顺纹(LR平面)受剪状态，此时σ12＝6.98Mpa。
红松材的木材顺纹(LR平面)受剪极限承载力是通过Iosipescu剪切试验来获得的，Iosipescu剪切试验样本参考图4。通过在样本上施加非对称的四点集中荷载，能够在样本的理论破坏面处形成一种纯剪切的应力状态，通过15个试验样本获取红松木顺纹(LR平面)受剪极限承载力为σ12＝6.96±0.61Mpa，与本发明公开方法的预测结果一致，可证明基于木材顺纹(LR平面)抗压强度预测木材顺纹(LR平面)抗剪强度方法的有效性和准确性。
B.基于木材横纹(RT平面)抗压强度预测木材横纹(RT平面)抗剪强度方法的实施例如下：
从红松木原木上截取偏轴角度φ＝0°，45°，90°的木材试件，截取方式和尺寸选取依照木材横纹抗压强度试验方法GB/T 1943-2009，截取后的红松木横纹(RT平面)受压试验试件参考图5-1，图5-2，图5-3。同样使用INSTRON 5582万能试验机加载，该试验机的负载能力是100kN，加载速率1.0mm/min。加载过程中荷载和应变数据通过TDS-530数据采集系统进行采集。通过计算获取红松木横纹(RT平面)受压状态下的应力-塑性应变曲线，参考图6。通过试值法选取合理的b44值。将最优值代入公式(9)，获取多组木材横纹状态下的等效应力-等效塑性应变曲线，上述曲线上各点能够拟合成一条木材横纹状态下的主曲线，木材横纹状态下的主曲线形式见公式(10)。通过上述过程可知，b44＝2.09，B＝1.82，m＝0.11，S2＝0.94，木材横纹状态下的主曲线参考图7。故此公式(8)可以写成：
Figure GDA0003123775190000081
将红松木沿T轴受压的屈服应力(Δ33＝3.65MPa)代入公式(12)，则l2＝13.32Mpa2。令Δ22和Δ33均为零，此时公式(12)可以描述木材横纹(RT平面)受剪状态，此时Δ23＝1.79Mpa。
红松材的木材横纹(RT平面)受剪极限承载力是通过Iosipescu剪切试验来获得的，Iosipescu剪切试验样本参考图8。通过15个试验样本获取红松木横纹(RT平面)受剪极限承载力Δ23＝1.94±0.15Mpa，与本发明公开的方法的预测结果一致，可证明基于木材横纹(RT平面)抗压强度预测木材横纹(RT平面)抗剪强度方法的有效性和准确性。
综上所述，本发明公开的方法能够基于木材抗压强度预测木材抗剪强度。本方法将受压时的微观力学特征，即在木材受压进入屈服状态时，因木纤维扭曲和纤维方向受树脂道、径向木射线影响，木材纤维会出现局部屈曲或纤维末端剪切破坏。将上述微观力学特征引入单向纤维复合材料领域中简单、高效、准确的Sun&Chen模型中，获取两组可描述木材多种受力状态下的强度方程，分别为木材顺纹(LR平面)状态下和木材横纹(RT平面)状态下的力学强度方程。上述方程中涉及的未知参数通过对应的木材受压应力-应变曲线和屈服强度获取，将获取的方程转化为顺纹(LR平面)受剪状态和木材横纹(RT平面)受剪状态后，可预测木材顺纹(LR平面)受剪状态下的极限承载力和木材横纹(RT平面)受剪状态下的极限承载力。使用红松木材料性能试验作为实施例，木材顺纹(LR平面)状态下强度方程系数通过红松木LR平面内偏轴受压试验应力-应变曲线获取，选取的偏轴角度θ＝0°，45°，90°。木材横纹(RT平面)状态下强度方程系数通过红松木RT平面内偏轴受压试验应力-应变曲线获取，选取的偏轴角度φ＝0°，45°，90°。其后，结合红松木顺纹(LR平面)主轴受压屈服应力和木材横纹(RT平面)主轴受压屈服应力，对红松木顺纹(LR平面)和横纹(RT平面)的受剪极限承载力进行预测。预测结果与红松木Iosipescu剪切测试试验结果对比，验证方法的准确性。
以上所述，仅为本发明公开方法的较佳具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，其特征在于，包括：基于木材顺纹抗压强度预测木材顺纹抗剪强度方法和基于木材横纹抗压强度预测木材横纹抗剪强度方法；
所述基于木材顺纹抗压强度预测木材顺纹抗剪强度方法，步骤如下：
将Sun&Chen模型中原屈服函数简化为LR平面状态下的屈服函数f(σij)，方程如下：
Figure FDA0003123775180000011
其中，σ11为木材顺纹状态下的L轴方向的正应力，σ22为木材顺纹状态下的R轴方向的正应力，σ22由试验获取，σ12为木材顺纹状态下的LR平面上的剪切应力；a11是与σ11相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，a22是与σ22相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，a12是与σ11和σ22均相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，其反应σ11与σ22屈服时的相互关系，a66是与σ12相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，系数k是与木材顺纹状态下的性能相关的物理量，该参数由木材顺纹状态下的单轴受力试验确定；
根据(a)木材塑性体积不可压缩假设；(b)木材在顺纹状态下受压时，纤维方向会表现出明显的塑性变形；(c)木材在顺纹状态下受压时，假定R轴和T轴方向的力学性质相同，由此得到：
a11＝-2a12；a12＝a13 (2)
将公式(2)代入公式(1)，又不失一般性的令a11＝1.0，得到：
Figure FDA0003123775180000012
式中系数k1＝k/a11，上述简化方式不会改变木材顺纹状态下的屈服面的形状；
Sun&Chen模型中木材顺纹状态下的有效应力和有效塑性应变如下所示：
Figure FDA0003123775180000021
其中，σx，
Figure FDA0003123775180000022
分别为木材顺纹状态下的受压试验中沿加载方向的试验应力和试验塑性应变，
Figure FDA0003123775180000023
和
Figure FDA0003123775180000024
分别为木材顺纹状态下在Sun&Chen模型中的有效应力和有效塑性应变，θ为木材顺纹状态下的受压试验中的偏轴角度，偏轴角度为L轴与受力轴间的夹角，h(θ)是木材顺纹状态下与偏轴角度相关的系数；
在木材顺纹状态下，将LR平面内的具有不同偏轴角度的受压试验应力-塑性应变曲线代入公式(4)；通过应力-塑性应变曲线获取有效应力-有效塑性应变曲线，选择合理的a22和a66值，使得多组木材顺纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线汇聚成为一条主曲线
Figure FDA0003123775180000025
木材顺纹状态下的主曲线呈现幂函数形式，具体表达式如下所示：
Figure FDA0003123775180000026
式中，A和n为主曲线拟合过程中获取的系数；合理选择a22和a66的值，使得主曲线拟合结果对应的决定系数R2最大，即R2接近1，R2由最小二乘法获取，该系数越接近1，则拟合结果越符合幂函数形式；将上述结果代入公式(3)，并将σ22代入公式(3)，则能确定公式(3)中全部未知参数；
最后，令公式(3)中σ11和σ22为零，则能描述木材顺纹受剪状态，从而获取该状态下的木材受剪极限承载力；
所述基于木材横纹抗压强度预测木材横纹抗剪强度方法，步骤如下：
将Sun&Chen模型中原屈服函数简化为RT平面状态下的屈服函数g(△ij)，方程如下：
Figure FDA0003123775180000027
其中，Δ22为木材横纹状态下的R轴方向的正应力，Δ33为木材横纹状态下的T轴方向的正应力，Δ33由试验获取，Δ23为木材横纹状态下的RT平面上的剪切应力；b22是与Δ22相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，b33是与Δ33相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，b23是与Δ22和Δ33均相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，其反应了Δ22与Δ33屈服时的相互关系，b44是与Δ23相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，系数l是与木材横纹状态下的性能相关的物理量，该参数由木材横纹状态下的单轴受力试验确定；
根据(1)木材塑性体积不可压缩假设；(2)木材在横纹状态下受压时，纤维方向会表现出明显的塑性变形；(3)木材在横纹状态下受压时，假定木材R轴和T轴方向的力学性质相同，由此得到：
b22＝b33＝-b23 (7)
将公式(7)代入公式(6)，又不失一般性的令b22＝1.0，得到：
Figure FDA0003123775180000031
式中系数l2＝l/b22，上述简化方式不会改变木材横纹状态下的屈服面的形状；
Sun&Chen模型中木材横纹状态下的等效应力和等效塑性应变如下所示：
Figure FDA0003123775180000032
其中，Δx，
Figure FDA0003123775180000033
分别为木材横纹状态下的受压试验中沿加载方向的试验应力和试验塑性应变，
Figure FDA0003123775180000034
和
Figure FDA0003123775180000035
分别为木材横纹状态下在Sun&Chen模型中的等效应力和等效塑性应变，φ为木材横纹状态下的受压试验中的偏轴角度，偏轴角度为R轴与受力轴间的夹角，i(φ)是与木材横纹状态下的偏轴角度相关的系数；
在木材横纹状态下，将RT平面内的具有不同偏轴角度的受压试验应力-塑性应变曲线代入公式(9)；通过木材横纹状态下的应力-塑性应变曲线获取木材横纹状态下的等效应力-等效塑性应变曲线，选择合理的b44值，使得多组木材横纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线汇聚成为一条主曲线
Figure FDA0003123775180000041
木材横纹状态下的主曲线形式符合幂函数形式，具体表示式如下所示：
Figure FDA0003123775180000042
式中，B和m为主曲线拟合过程中获取的系数，合理选择b44值，使得主曲线拟合结果对应的决定系数S2最大，即S2接近1，S2由最小二乘法获取，该系数越接近1，则拟合结果越符合幂函数形式；将上述结果代入公式(8)，并将Δ33代入公式(8)，则能确定公式(8)中全部未知参数；
最后，令公式(8)中Δ22和Δ33为零，则能描述木材横纹受剪状态，从而获取该状态下的木材受剪极限承载力。
CN202011087516.6A 2020-10-13 2020-10-13 基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法 Active CN112432849B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011087516.6A CN112432849B (zh) 2020-10-13 2020-10-13 基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011087516.6A CN112432849B (zh) 2020-10-13 2020-10-13 基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112432849A CN112432849A (zh) 2021-03-02
CN112432849B true CN112432849B (zh) 2021-09-07

Family

ID=74690207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011087516.6A Active CN112432849B (zh) 2020-10-13 2020-10-13 基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112432849B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113076585B (zh) * 2021-04-13 2022-07-08 中南林业科技大学 一种木结构钢夹板销栓连接承载力的计算方法
CN113076613B (zh) * 2021-04-13 2022-08-02 中南林业科技大学 一种木材横纹销槽承压强度的计算方法
CN114112676B (zh) * 2021-12-03 2023-12-19 中国林业科学研究院木材工业研究所 一种木材横纹抗压全时程本构关系的构建方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102364489A (zh) * 2011-10-25 2012-02-29 陈志勇 木材复杂各向异性本构关系模型的数值模拟方法
CN110763567A (zh) * 2019-11-28 2020-02-07 大连理工大学 一种管材任意方向的厚向异性系数和屈服应力测定方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7892978B2 (en) * 2006-07-10 2011-02-22 Micron Technology, Inc. Electron induced chemical etching for device level diagnosis
CN103175730B (zh) * 2013-03-28 2014-12-10 长沙理工大学 一种节理岩体力学参数确定方法
CN105512394A (zh) * 2015-12-08 2016-04-20 东南大学 一种梁柱式木结构框架整体抗火性能的分析系统及分析方法
CN105842084A (zh) * 2016-03-25 2016-08-10 北京交通大学 木材顺纹方向纯剪强度的测量装置
CN106021886B (zh) * 2016-05-12 2019-03-01 长沙理工大学 一种确定复杂应力状态下沥青混合料强度模型的方法
CN109580388B (zh) * 2019-01-21 2021-01-29 广西大学 一种岩土材料剪切屈服面与体积屈服面的测定方法
CN109902362B (zh) * 2019-02-03 2023-08-25 南京理工大学 考虑纤维增强复合材料复杂非线性行为的弹粘塑性本构模型构建方法
CN109918785B (zh) * 2019-03-07 2023-03-31 南京航空航天大学 一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法
CN110763568B (zh) * 2019-11-28 2021-05-07 大连理工大学 一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102364489A (zh) * 2011-10-25 2012-02-29 陈志勇 木材复杂各向异性本构关系模型的数值模拟方法
CN110763567A (zh) * 2019-11-28 2020-02-07 大连理工大学 一种管材任意方向的厚向异性系数和屈服应力测定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112432849A (zh) 2021-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112432849B (zh) 基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法
CN105784481B (zh) 圆盘试样压缩获取材料单轴应力-应变关系的方法
CN104931348B (zh) 圆环径向压缩能量预测材料单轴本构关系测定方法
CN111060390B (zh) 高效高温拉伸夹持装置及测试方法
CN109614679B (zh) 复合材料层合板大开口受边缘冲击后设计许用值确定方法
Toumi et al. Fatigue damage modelling of continuous E-glass fibre/epoxy composite
Xavier et al. Measurement of the shear properties of clear wood by the Arcan test
CN103471938A (zh) T形霍普金森扭杆装置
Qian et al. Experimental study on crack evolution behavior and constitutive model of granite based on the deviatoric stress to peak strength ratio
CN208223991U (zh) 一种古木材疲劳特性试验装置
Womac et al. Shearing characteristics of biomass for size reduction
CN110579399B (zh) 一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法
CN106547978B (zh) 一种换向器超速性能仿真计算方法
CN113111534B (zh) 一种基于土水特征曲线评估土体结构损伤的方法
CN211697236U (zh) 高效高温拉伸夹持装置
CN201188076Y (zh) 一种具有双试验面的霍布金森压剪杆
CN113722957A (zh) 单向加载下构元试样的等效应力、等效应变直接试验法
CN203053787U (zh) 一种用于非金属材料力学试验的单轴高速拉伸试验夹具
Cheung et al. Effect of axial loads on radial stress in curved beams
Khalili et al. Investigation of Tensile Characteristics of an Epoxy Matrix Com-posite with Uni-Directional and Hybrid Tissue Natural Hemp Fibers
Kurzinski et al. Evaluating the Effect of Inner Layer Grain Orientation on Dimensional Stability in Hybrid Species Cross-and Diagonal-Cross-laminated Timber (DCLT)
CN117760951B (zh) 混凝土结构碱-骨料反应耐久性评定方法、系统及装置
CN212665896U (zh) 一种剪切用制样制备装置
DUPONT et al. Review of literature on the damage, loss of stiffness, and residual strength of graphite/epoxy laminates subjected to cyclic loading
CN118050309B (zh) 混凝土结构酸雨侵蚀耐久性评定方法、系统及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant