單板層積材力學(xué)性能與無損檢測(cè)可靠性研究.pdf

1、為了考察單板層積材的力學(xué)性能與可靠性，本文運(yùn)用了縱波傳播法、縱向共振法、彎曲振動(dòng)法等無損檢測(cè)方法、復(fù)合材料力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)模擬及靜態(tài)力學(xué)試驗(yàn)等方法來進(jìn)行研究。主要內(nèi)容包括:不同壓縮率的樺木、楊木、樟子松單板層積材、不同組坯的樺木與楊木單板層積材、不同單板厚度的樟子松單板層積材、不同環(huán)境相對(duì)濕度下楊木與樟子松單板層積材，建立單板層積材力學(xué)性能預(yù)測(cè)公式，探討ANSYS程序分析單板層積材力學(xué)性能的可行性，分析了各種無損檢測(cè)動(dòng)態(tài)楊氏模量與靜態(tài)彎

2、曲彈性模量（MOE）及靜曲強(qiáng)度(MOR)間的線性關(guān)系，分析了各種無損檢測(cè)方法的可靠性與不同因素影響下單板層積材的結(jié)構(gòu)可靠性。
　　在不同壓縮率影響下單板層積材性能研究中，考察了壓縮率對(duì)樺木、楊木、樟子松單板層積材力學(xué)性能的影響并分析了原因;在對(duì)單板層積材力學(xué)性能研究中，從復(fù)合材料力學(xué)角度分析單板層積材的力學(xué)性能;建立了單板層積材力學(xué)性能的計(jì)算公式;分析了樹種、壓縮率對(duì)單板層積材可靠性的影響，以及不同因素下不同使用工況的單板層積材結(jié)

3、構(gòu)可靠性。在不同組坯影響下單板層積材性能研究中，對(duì)楊木和樺木制作的單板層積材進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)研究，主要研究不同組坯對(duì)單板層積材垂直加載的MOE與MOR的影響，共運(yùn)用了復(fù)合材料力學(xué)、計(jì)算機(jī)模擬和靜力學(xué)試驗(yàn)三種分析方法，運(yùn)用了蒙特卡洛法對(duì)不同組坯單板層積材的可靠性進(jìn)行了評(píng)估。在對(duì)不同單板厚度單板層積材性能研究中，考察了單板厚度對(duì)樟子松單板層積材力學(xué)性能的影響并分析了原因;分析了各種無損檢測(cè)的動(dòng)態(tài)楊氏模量與靜態(tài)彎曲彈性模量及靜曲強(qiáng)度間的線性關(guān)系;

4、并研究了各種無損檢測(cè)方法的可靠性。在不同環(huán)境相對(duì)濕度影響下單板層積材性能研究中，考察了環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)楊木、樟子松單板層積材力學(xué)性能的影響并分析了原因;分析了環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)各種無損檢測(cè)的動(dòng)態(tài)楊氏模量與靜態(tài)彎曲彈性模量及靜曲強(qiáng)度間線性關(guān)系的影響，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)與經(jīng)典數(shù)學(xué)對(duì)無損檢測(cè)回歸分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　本研究結(jié)果歸納如下:
　　(1)對(duì)于不同壓縮率單板層積材的研究表明:復(fù)合材料力學(xué)分析方法可用于壓縮率對(duì)單板層積材力學(xué)性能

5、影響的分析，運(yùn)用分析得到的力學(xué)性能參數(shù)與單板層積材壓縮率的關(guān)系式求得單板層積材力學(xué)性能指標(biāo)MOE與MOR，其分析結(jié)果與靜力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果相接近。當(dāng)壓縮率不太大時(shí)，樺木、楊木和樟子松三個(gè)樹種單板層積材的MOE與MOR隨著壓縮率的增長而增長，符合本文研究的力學(xué)模型;通過微觀結(jié)構(gòu)分析可知，當(dāng)壓縮率較大時(shí)，部分單板層積材在熱壓的過程中，由于壓力作用部分細(xì)胞出現(xiàn)了壓潰現(xiàn)象，使其力學(xué)性能降低。各樹種單板層積材在不同壓縮率時(shí)所表現(xiàn)出來的可靠性不一致，而加

6、載方向不同時(shí)也不一致。
　　(2)對(duì)于不同組坯單板層積材的研究表明:運(yùn)用復(fù)合材料力學(xué)、有限元分析程序及靜力試驗(yàn)，對(duì)樺木與楊木不同組坯單板層積材的力學(xué)性能與可靠性進(jìn)行了分析。每種組坯單板層積材的MOE與MOR理論分析結(jié)果、計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果都非常接近，復(fù)合材料力學(xué)與ANSYS軟件分析適用于單板層積材的力學(xué)性能分析。在樺木與楊木單板用量相同的情況下，單板層積材的MOE是比較接近的，正常使用極限狀態(tài)可靠性也較接近;樺木單板放置于頂

7、底層的單板層積材強(qiáng)度要高于楊木單板置于頂?shù)讓拥膯伟鍖臃e材強(qiáng)度，極限狀態(tài)可靠性要大一些。
　　(3)對(duì)于不同單板厚度單板層積材的研究表明:運(yùn)用彎曲振動(dòng)（面內(nèi)、面外）、縱向共振、縱波傳播四種無損檢測(cè)的方法，檢測(cè)了單板層積材的力學(xué)性能。不同單板厚度樟子松單板層積材動(dòng)態(tài)模量結(jié)果與靜態(tài)彎曲彈性模量、靜曲強(qiáng)度有密切線性相關(guān)性，垂直加載方向與平行加載方向的相關(guān)性系數(shù)都遠(yuǎn)大于相關(guān)系數(shù)1％分位的臨界值，線性相關(guān)性最好的是與靜力試驗(yàn)加載方向同向的彎曲

8、振動(dòng)檢測(cè)方法。這四種無損檢測(cè)方法均可用于樟子松不同單板厚度單板層積材的靜態(tài)彎曲彈性模量、靜曲強(qiáng)度檢測(cè)。直接使用無損檢測(cè)結(jié)果與彈性模量或靜曲強(qiáng)度回歸方程得到的力學(xué)性能指標(biāo)結(jié)果并不可靠，選擇回歸分析的95％置信區(qū)間下限方程的可靠性有所提高，能夠滿足工程實(shí)際要求。樟子松單板層積材主要力學(xué)性能指標(biāo)MOE與MOR均隨著單板厚度的增大而降低。
　　(4)對(duì)于不同環(huán)境濕度下單板層積材的研究表明:將上述四種無損檢測(cè)方法運(yùn)用于不同環(huán)境濕度下的楊木、

9、樟子松單板層積材力學(xué)性能的檢測(cè)，除樟子松單板層積材垂直加載方向縱波傳播無損檢測(cè)方法外，其它楊木與樟子松單板層積材的每種動(dòng)態(tài)楊氏模量結(jié)果與靜態(tài)彈性模量或靜曲強(qiáng)度之間的線性相關(guān)性較好，四種方法都可用于楊木或樟子松單板層積材的力學(xué)性能檢測(cè)。各種無損檢測(cè)方法結(jié)果回歸分析的模糊貼近度與相關(guān)性系數(shù)大小變化是一致的，檢驗(yàn)線性回歸分析時(shí)貼近度可做為參考。單板層積材的力學(xué)性能都隨著相對(duì)濕度的增長而降低，特別是相對(duì)濕度由60％增長到70％時(shí)下降最為明顯;相