动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法技术

本发明专利技术提供一种动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法，使用该方法在采用悬臂板在一阶弯曲模态动态测定泊松比时，能够提高测试速度和测试精度。该方法，以长方体形的悬臂板在一阶弯曲模态动态测定木材泊松比，以悬臂板的固定端为原点；测量木材弦切面泊松比时，x轴方向沿着木材纹理方向，y轴方向沿着木材的弦向，应变花粘贴在作为xy平面的弦切面上，悬臂板在x、y轴方向上的尺寸分别为长度l、宽度b，平行于y轴方向的横向应变片在x轴上的粘贴位置x0满足:x0/l＝0.4400‑0.0982ρ+0.6939b/l；其中，ρ为木材密度，单位g/cm3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以悬臂板在一阶弯曲模态动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法。
技术介绍
木材可视为正交各向异性材料,主向的材料弹性常数为EL、ER、ET、GLR、GLT、GRT、μLR、μLT、μRT、μRL、μTL和μTR。在这六个泊松比中只有三个是独立的,即μLR、μLT和μRT或μTR,另外三个泊松比可以通过柔度矩阵对称性由正向弹性模量和这三个泊松比计算。这样,木材只具有九个独立的主向弹性常数,即弹性模量、剪切模量和泊松比各三个(谭守侠,周定国.2007.木材工业手册.中国林业出版社；孙友富.1999.制材生产技术.中国林业出版社)。泊松比定义为轴向拉伸(压缩)曲线在线性阶段的横向应变与纵向应变比值的绝对值(刘鸿文.1983.材料力学第二版(上册).高等教育出版社)。从定义看,测定泊松比试件是经受单向应力,而与应力相对应的应变又要处于拉伸曲线的直线段。静态测试木材泊松比常用轴向拉伸或轴向压缩试验方法。范文英、沈福民以应变片为传感器用轴向拉伸法测试了定向刨花板(OSB)试件的弹性模量和泊松比,试件尺寸200mm×50mm×10mm，其结果表明，该研究所测试的试件泊松比值分散性大，其变异系数从18.5％到35％，并与试样的取向有关(范文英，沈福民.1995.定向刨花板弹性模量及泊松比的测试.北京木材工业，1995/04：32～34)。王正、王志强用应变电测法在轴向拉伸加载下测定了竹质材料的弹性模量和泊松比(王正，王志强.2004.应变电测法及VB程序在测定竹质材料的弹性模量E和泊松比μ中的运用.木材加工机械，2004/01，16～17)。龚蒙用轴向压缩测试马尾松顺纹抗压弹性模量，试件尺寸为30mm×30mm×60mm，其结论表明，马尾松顺纹径面和弦面试件的抗压弹性模量测试值的分散性较大，其变异系数分别为30.9％和33.5％(龚蒙.1995用电阻应变法测定木材顺纹抗压弹性常数的研究.林业科学,31(2)：189～192)。因轴向拉伸或轴向压缩法测试泊松比需要在材料试验机上进行，都存在着加载对中的问题。而轴向压缩法还存在试验机压头与试件表面接触状态的问题。显然,轴向拉伸或轴向压缩加载法测试木材泊松比的试验条件要求苛刻,实现较困难,难以保证测试精度,这是造成测试泊松比分散性大的因素之一。以上用轴向拉伸或轴向压缩法测定木质、竹质泊松比的工作属于静态测试范畴。采用悬臂板作一阶弯曲振动，对木材泊松比进行动态测试是可行的，而且动态测试方法简单易行、且能提高测试精度。若根据悬臂板的一阶弯曲模态测定泊松比,则首先要清楚悬臂板作一阶弯曲振动时,其内的应力除有沿板轴向的正应力σx外，还有横向正应力σy,即悬臂板一阶弯曲振动时,其内应力属于不均匀的二向平面应力；其次,板试件在做模态振动时,各点的应力或应变之间是相差一个常数因子,而给出的应力或应变值本身又是没有实际工程意义的。经过悬臂木材板的一阶弯曲模态的应力和应变分析,板内的横向应力σy都很小,并且沿板中心线从正值单调减小到负值,即存在一个位置x0,在这个位置上σy＝0,也就是说悬臂板在作一阶弯曲振动时,板内存在一个区域,在这个区域内,悬臂板近似处于单向应力状态,这一点正符合泊松比定义的条件。其次,板作模态振动时,其内各点应变之间虽相差一个常数因子,但这并不妨碍用其测定泊松比,因为泊松比是横向应变与纵向应变的比值,这样相差一个常数因子在求比值时也就约去了。因此,借助于悬臂板的一阶弯曲模态(傅志方.2002.振动模态分析与参数辨识.机械工业出版社),将应变花粘贴在适当位置测试泊松比还是可行的。但是，以悬臂板在一阶弯曲模态动态测定泊松比时，针对不同种类、不同形状的木材，如何快速确定应变花的粘贴位置，以提高测试速度和测试精度，还未见公开。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法，使用该方法在采用悬臂板在一阶弯曲模态动态测定泊松比时，能够提高测试速度和测试精度。本专利技术所述的动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法，以长方体形的悬臂板在一阶弯曲模态动态测定木材泊松比，以悬臂板的固定端为原点；测量木材弦切面泊松比时，x轴方向沿着木材纹理方向，y轴方向沿着木材的弦向，应变花粘贴在作为xy平面的弦切面上，悬臂板在x、y轴方向上的尺寸分别为长度l、宽度b，平行于y轴方向的横向应变片在x轴上的粘贴位置x0满足:x0/l＝0.4400-0.0982ρ+0.6939b/l其中，ρ为木材密度，单位g/cm3。上述的确定应变花粘贴位置的方法，ρ＝0.2-0.75g/cm3。与上述专利技术属于同一个专利技术构思的另一个动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法是，以悬臂板在一阶弯曲模态动态测定木材泊松比时，以长方体形的悬臂板的固定端为原点，测量木材径切面泊松比时，x轴方向沿着木材纹理方向，y轴方向沿着木材的径向，应变花粘贴在作为xy平面的径切面上，悬臂板在x、y轴方向上的尺寸分别为长度l、宽度b，平行于y轴方向的横向应变片在x轴上的粘贴位置x0满足:x0/l＝0.7709-0.0702l/b+0.00317l2/b2与上述专利技术属于同一个专利技术构思的另一个动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法是，以长方体形的悬臂板在一阶弯曲模态动态测定木材泊松比，以悬臂板的固定端为原点，其特征是：测量木材横切面泊松比时，x轴方向沿着木材径向，y轴方向沿着木材的弦向，应变花粘贴在作为xy平面的横切面上，悬臂板在x、y轴方向上的尺寸分别为长度l、宽度b，平行于y轴方向的横向应变片在x轴上的粘贴位置x0满足:x0/l＝0.65-0.05l/b上述的确定应变花粘贴位置的方法，l/b＝3～6。上述的确定应变花粘贴位置的方法，平行于x轴方向的纵向应变片与横向应变花接触。本专利技术的有益效果：本专利技术将从木材的应力-应变物理关系(胡克定律)和悬臂板一阶弯曲模态的应力、应变分析等两方面阐述动态测试木材泊松比的原理和方法，并且其测试结果的正确性还得到静态试验的验证。采用本专利技术的方法能够快速确定应变片的位置，缩短测试时间，并提高测试精度。附图说明图1是欧洲赤松测泊松比应变花贴的位置分析图(l/b＝5)。图2是瞬态激励动态测试泊松比试验框图。图3是蒙古栎4号试件横向应变和纵向应变频谱图。图4是蒙古栎4号试件应变波形图。图5是油松弦切面6号试件横向应变和纵向应变频谱图。图6是西加云杉径面XJ7试件横向应变和纵向应变频谱图。图7是本文档来自技高网...

【技术保护点】
动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法，以长方体形的悬臂板在一阶弯曲模态动态测定木材泊松比，以悬臂板的固定端为原点，其特征是：测量木材弦切面泊松比时，x轴方向沿着木材纹理方向，y轴方向沿着木材的弦向，应变花粘贴在作为xy平面的弦切面上，悬臂板在x、y轴方向上的尺寸分别为长度l、宽度b，平行于y轴方向的横向应变片在x轴上的粘贴位置x0满足:x0/l＝0.4400‑0.0982ρ+0.6939b/l其中，ρ为木材密度，单位g/cm3。

【技术特征摘要】
1.动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法，以长方体形的悬臂板在一阶
弯曲模态动态测定木材泊松比，以悬臂板的固定端为原点，其特征是：
测量木材弦切面泊松比时，x轴方向沿着木材纹理方向，y轴方向沿着木材的弦向，应
变花粘贴在作为xy平面的弦切面上，悬臂板在x、y轴方向上的尺寸分别为长度l、宽度b，
平行于y轴方向的横向应变片在x轴上的粘贴位置x0满足:
x0/l＝0.4400-0.0982ρ+0.6939b/l
其中，ρ为木材密度，单位g/cm3。
2.如权利要求1所述的确定应变花粘贴位置的方法，其特征是：ρ＝0.2-0.75g/cm3。
3.动态测定木材泊松比时确定应变花粘贴位置的方法，以悬臂板在一阶弯曲模态动
态测定木材泊松比时，以长方体形的悬臂板的固定端为原点，其特征是：
测量木材径切面泊松比时，x轴方向沿着木材纹理方向，y轴方向沿着木材的径向，应
变花粘贴在作为x...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正，王刚刚，高子震，曹瑜，王韵璐，李敏敏，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32