测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法制造技术

本发明专利技术提供一种测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法。根据能量原理和回归分析给出测试木材主向剪切模量的公式及其相应的振型系数公式；该法采用悬臂方板作为试件，具有操作简单、方便和测试精度高的优点，有效地揭示了木材主向平面上两个相互垂直方向的剪切模量在数值上差异，就这一点而言优于其它的测试木材剪切模量的动态法；该法适用于宽厚比6

【技术实现步骤摘要】
测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法


[0001]本专利技术涉及测试木材剪切模量的方法，具体地说，是基于悬臂方板扭转振动测试木材剪切模量的方法。

技术介绍

[0002]参考文献
【1】
公开了悬臂板测试木材剪切模量的方法，但是其中振形系数C1，C2的适用范围，对于木材弦向和径向或横(切)向悬臂板，其长宽比为2
‑
5或2
‑
4，宽厚比皆为5
‑
13.7。而且，该方法无法显示木材主向平面上两个相互垂直方向的剪切模量在数值上的差异。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法，它采用悬臂方板(l/b＝1)作为试件，方法简单，操作方便，结果准确，而且能够显示木材主向平面上两个相互垂直方向的剪切模量在数值上差异。
[0004]本专利技术所述的测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法，悬臂方板一端固定；敲击点在板长边距固定端0.2l处，声级计置在自由边角点下方，锤击敲击点使得悬臂方板自由振动,通过声级计接受声信号，获取悬臂方板试件频谱，从频谱图上识别悬臂方板一阶弯曲频率f
b
和悬臂方板一阶扭转频率f
t
；进而推算剪切模量G：
[0005][0006]式中：G－剪切模量,Pa；ρ－材料气干密度，kg/m3；l－悬臂方板长度,m；b－悬臂方板宽度,m；l＝b；h－悬臂方板厚度,m；C1,C2－悬臂方板振型系数；f
t
－悬臂方板一阶扭转频率，Hz；β－矩形截面形状因子,
[0007]E
修正
＝(1
‑
0.1242h/b+6.2499h2/b2)E(10)
[0008]即欧拉梁测试弹性模量公式，E，E
修正
－弹性模量，Pa；f
b
－悬臂方板一阶弯曲频率，Hz；
[0009]悬臂方板作为测试木材剪切模量的试件；悬臂方板作一阶扭转振动时，除考虑动能和扭转应变能外，还计入悬臂方板的拉(压)应变能。
[0010]上述测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法，木材(LT、LR和RT向)悬臂方板振型系数C1，C2，适用的方板宽厚比：b/h＝6
‑
30；木材TL向悬臂方板振型系数C1，C
2，
适用的方板宽厚比：b/h＝9
‑
25。
[0011]木材弦向面(LT向，即L向一端是悬臂方板的固定端)：
[0012]C1＝12.2248
‑
2.6533h/b
‑
39.1946h2/b2(2)
[0013](R2＝0.9991,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)
[0014]C2＝0.0707
‑
0.1457h/b(3)
[0015](R＝
‑
0.9946,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)
[0016]木材弦向面(TL向，即T向一端是悬臂方板的固定端)：
[0017]C1＝8.5151
‑
5.1351h/b(4)
[0018](R＝0.9999,n＝4)，(b/h＝9
‑
25)
[0019]C2＝0.2225
‑
1.1436h/b(5)
[0020](R＝
‑
0.9990,n＝4)，(b/h＝9
‑
25)
[0021]木材径向面(LR向)：
[0022]C1＝11.9466
‑
6.9104h/b
‑
31.2802h2/b2(6)
[0023](R2＝0.9970,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)
[0024]C2＝0.0760
‑
0.2234h/b(7)
[0025](R＝
‑
0.9919,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)
[0026]木材横(切)面(RT向)：
[0027]C1＝12.2815+0.0826h/b
‑
8.1128h2/b2(8)
[0028](R2＝0.9943,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)
[0029]C2＝0.0755
‑
0.0459h/b，(b/h＝6
‑
30)(9)
[0030](R＝
‑
0.9794,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)
[0031]为保证测试精度，悬臂方板扭转振动法测试木材剪切模量采用宽厚比为15的悬臂方板作为试件；宽厚比为15的悬臂方板，落叶松LT向与TL向剪切模量测试值之比为1.09；LVL纵向与横向剪切模量测试值之比为1.01；宽厚比为10的悬臂方板，落叶松LT向与TL向剪切模量测试值之比为1.16；LVL纵向与横向剪切模量测试值之比为1.14。
[0032]适用于悬臂方板测试木材弹性模量的修正公式：
[0033]E
修正
＝(1
‑
0.1242h/b+6.2499h2/b2)E(10)
[0034]即，欧拉梁测试弹性模量公式，l
‑
梁外伸长度，使用时以方板宽b(l＝b)代入。
[0035]其中：E，E
修正
－弹性模量，Pa；l－悬臂方板长度，m；h－悬臂方板厚度，m；f
b
－悬臂方板一阶弯曲频率，Hz。
[0036]本专利技术的有益效果：悬臂方板扭转振动法用于测试木材剪切模量可定量显示木材主向平面上两个相互垂直方向的剪切模量在数值上的差异，就这一点而言，优于其它的动态测试木材剪切模量的方法。
附图说明
[0037]图1是悬臂方板(l＝b)坐标系示意图；
[0038]图2是LT，LR，RT主向面方板(l＝b)的主向L,T,R与x,y,z对应示意图；
[0039]图3是测试悬臂方板(l＝b)频谱试验框图；
[0040]图4是落叶松LT向悬臂方板(b＝100mm)频谱图；
[0041]图5是落叶松TL向悬臂方板(b＝100mm)频谱图；
[0042]图6是LVL纵向悬臂方板(b＝145)频谱图；
[0043]图7是LVL横向悬臂方板(b＝145)频谱图。
具体实施方式
[0044]1.悬臂方板扭转振动法测试木材剪切模量原理
[0045]悬臂方板坐标系如图1所示。
[0046]悬臂方板扭转振动法测试木材剪切模量不同于悬臂板扭转模态法
【1】
，具体地表现于根据悬臂方板的一阶扭转频率测试剪切模量关系式中的振型系数。
[0047]木材剪切模量与悬臂方板一阶扭转频率和弹性模量之间关系式：
[0048][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法，其特征是：木材剪切模量与悬臂方板一阶扭转频率和木材弹性模量之间关系式：式中：G－剪切模量,Pa；ρ－材料气干密度，kg/m3；l－悬臂方板长度,m；b－悬臂方板宽度,m；h－悬臂方板厚度,m；C1,C2－悬臂方板振型系数；f
t
－悬臂方板一阶扭转频率，Hz；β－矩形截面形状因子,悬臂方板作为测试木材剪切模量的试件；悬臂方板作一阶扭转振动时，除考虑动能和扭转应变能外，还需计入悬臂方板的拉(压)应变能。2.如权利要求1所述的测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法，其特征是：木材(LT、LR和RT向)悬臂方板振型系数C1，C2，适用的方板宽厚比：b/h＝6
‑
30；木材TL向悬臂方板振型系数C1，C2，适用的方板宽厚比：b/h＝9
‑
25；木材弦向面(LT向)：C1＝12.2248
‑
2.6533h/b
‑
39.1946h2/b2(2)(R2＝0.9991,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)C2＝0.0707
‑
0.1457h/b(3)(R＝
‑
0.9946,n＝7)，(b/h＝6
‑
30)木材弦向面(TL向)：C1＝8.5151
‑
5.1351h/b(4)(R＝0.9999,n＝4)，(b/h＝9
‑
25)C2＝0.2225
‑
1.1436h/b(5)(R＝
‑
0.9990,n＝4)，(b/h＝9
‑
25)木材径向面(LR向)：C1＝11.9466
‑
6.9104h/b
‑
31.2802h2/b2(6)(R2＝0.9970...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正，徐齐云，张栋，兰昕苑，王军，杨小军，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：