木材抗弯强度及抗弯弹性模量试验方法的研究_柯病凡
故宫养心殿区古建筑望板老化状况分析
Vol 49 No. 6Jun.2021第49卷第6期林业机械与木工设备2021 年 6 月FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT研究与设计故宫养心殿区古建筑望板老化状况分析王辉J 张典心，张文博S 符瑞云S 管成S 张厚江2(1.故宫博物院，北京100001；2.北京林业大学，北京100083)摘要：以养心殿修缮为契机，对拆卸下的望板木构件在材种鉴定的基础上，对其进行化学组分定量分 析,测定各化学成分相对含量的状况;采用X 射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)以及热重(TG)等表征手段，分析了望板木构件的相对结晶度及组分中化学基团的变化；结合力学性能试验评价望板的力学强度变化；比较老化材与现代材的测试结果分析和评价望板的老化状况。
结论如下：①望板综纤维素含量降解严重，仅为现 代材的1/2,而相对结晶度较高，推断该木构件降解机制为以多糖类化学组分为营养源的寄生性昆虫以及褐腐菌为主;②随着腐朽程度的增加，由于多糖类组分的严重降解，构成望板高分子化合物之间的结合作用降低，热稳定性降低，热解温度范围变窄，且残炭率大幅增加，约为现代材的2倍;③由于纤维素的降解，望板脆性增加，强度和弹性模量大幅低于现代材。
关键词：养心殿区古建筑；望板;化学组分；老化状况中图分类号:TS612文献标识码:A文章编号：2095 -2953(2021)06 -0059 -06Analysis of the Deterioration Condition of Roof Boarding of Ancient Buildings in the Hall of Mental Cultivation of the Forbidden CityWANG Hui 1, ZHANG Dian 1 * , ZHANG Wen-bo 2, FU Rui-yun 2, GUAN Cheng 2, ZHANG Hou-jiang 2收稿日期:2021 -01 -08基金项目：北京市科学计划公益应用类项目(Z090506016609002)；故宫博物院横向项目(2020HXFWGXY007)第一作者简介：王 辉(1970-),男，工程师，学士，主要从事古建筑修缮与保护研究,E-mail ：2827904490@ qq. com o*通讯作者：张 典(1985 -)，女，高级工程师，硕士，主要从事古建筑研究与保护,E-mail ：zhangdianl26@ 126. com 0(1. The Palace Museum , Beijing 100001, China ；2. Beijing Forestry University , Beijing 100083 , China)Abstract : Taking the repair of the Hall of Mental Cultivation as an opportunity , this paper involves quantitative analy sis of the chemical composition of the removed roof boarding components based on the wood species identification ofthe wooden components , and determination of the relative content of each chemical composition. By means of charac terization methods such as X-ray diffraction (XRD ) , infrared (IR ) and thermal gravimetric (TG ) ,the relative crystal linity and change of chemical group in the composition of roof boarding wooden components were analyzed. The me chanical strength variation of roof boarding was evaluated coupled with the mechanical properties , with the experimen tal results of aging wood and modem wood compared to analyze and evaluate the aging condition of roof boarding ,60林业机械与木工设备第49卷with conclusions as follows:severe degradation of holocellulose was found in the roof boarding,of which the content of cellulose was only1/2that of modem wood while the relative crystallinity of aging wood was relatively higher than that of modem wood,based on which it was inferred that the deterioration mechanism of roof boarding wooden components mainly consisted of parasitic insects using the chemical components of polysaccharides as nutrition sources and brown-rot fungi.With the degree of decay increasing,due to the severe degradation of polysaccharide components,the binding effect between the macromolecular compounds const l uting the roof boarding decreased,the thermal stability decreased,the range of pyrolysis temperature became narrow and the rate of carbon residue increased dramatically,a-bout twice as much as modem wood,to be about w让h increasing deterioration degree.W让h the degradation of cellulose,the brittleness of roof boarding increased while the strength and the modulus of elasticity were significantly lower than those of modem wood.Due to the degradation of cellulose,the biittleness of the roof boarding increased,with the strength and elastic modulus significantly lower than those of modem wood.Key words:ancient buildings in the Hall of Mental Cultivation；roof boarding structural lumber；chemical composition；degradation condition木材作为建筑材料在户外长期使用过程中，由于光照、湿度、氧气、微生物以及周围空气中的化合物等外部环境因素的影响,不可避免会出现变形、翘曲、开裂、虫蛀、腐朽、变色以及化学组分降解等老化现象，导致木构件力学性能下降，影响木建筑的安全性及使用性能⑴。
论文--实木弯曲与回弹实验
实木弯曲与回弹实验报告N121401104 冯晞中文摘要：木材作为一种天然材料深受各个年龄层消费者的喜爱，然而由于木材自身的特性，使得人们在使用木材时有诸多限制。
实木弯曲与回弹实验通过物理和化学的方法，让作为各向异性材料的木材变得可以弯曲，突破了材料自身的限制。
关键词：弯曲回弹限制1实验原理及分析1.1弯曲从力学上看，木材是一种粘弹性材料；从结构上看，木材是一种有纤维素，半纤维素和木素组成的多孔材料。
木材可以简单的弯曲，但如果要让弯曲变容易并且能得得较小的弯曲曲率半径，我们应该在弯曲之前对木材进行软化，增大木材的塑形。
在木材软化处理后再进行顺纹压缩弯曲，使木材在顺纹压力的作用下，细胞壁中微纤丝之间产生滑移，导致木材细胞壁的壁层纵向产生群皱，木材在弯曲力矩的作用下，弯曲时的受压面形成群皱，受拉面形成展皱，在允许的形变范围内便可获得较小的弯曲曲率半径。
木材弯曲时，逐渐形成凹凸两面，在凸面产生拉伸应力，使凸面木材有不同程度的伸长，凹面产生压缩应力，使凹面木材有不同程度的压缩，其应力分布是有表面向中间逐渐减少，中间一层纤维既不受拉伸，也不受压缩，两个表面受最大的拉伸和压缩，当弯曲程度太大时，两表面所受的拉伸和压缩超过了该种材料的允许拉伸形变和压缩形变的同时，木材就会遭到破坏。
1.1.1木材软化处理的方法常用的木材软化方法有物理法和化学法以及化学物理联合法，如水热处理，高频介质加热处理就属于物理法，氨水处理就属于化学法，微波加热联合软化木材就是联合法。
1.1.2木材软化处理方法的原理水热处理也叫做蒸煮法，主要是利用水对纤维素的非结晶区、半纤维素和木素进行润涨，为分子剧烈运动提供自由体积空间，靠由外到里逐渐对木材进行传导加热，以便分子获得足够的能量以运动，从而软化木材。
高频介质加热处理和微波加热软化原理一样，影响因素主要有功率密度、介质损耗因子以及高频频率。
加热来自内部，升温速率迅猛，软化时间缩短，而且处理过程的温度易于控制，不易引起含水率梯度。
单板条层积材（PSL）力学性能的各向异性
单板条层积材（PSL）力学性能的各向异性王慧;张娅梅;朱越骅;潘彪;於朝广【摘要】为研究单板条层积材（PSL）的力学性能,以5和20 mm两种宽度的杨木单板条PSL为材料,对垂直和平行于单板条层积材层积方向分别进行了抗弯、冲击韧性及握钉力的试验,并对两个方向结果进行了差异显著性分析,探究单板条层积材不同加载方向力学强度指标的差异。
结果表明：PSL力学性能存在各向异性,5和20mm宽单板条制成的PSL抗弯强度、抗弯弹性模量均为平行加载大于垂直加载,冲击韧性和握钉力为垂直加载大于平行加载;5 mm宽单板条制成的PSL抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性值在两个方向差异不显著,只有握钉力在0.05水平下差异显著,20 mm宽单板条制成的PSL所有强度指标在两个方向上差异均显著（P 〈0.01）。
单板条宽度的增加,使得PSL主要力学强度指标各向异性更为显著。
【期刊名称】《林业工程学报》【年(卷),期】2018(003)004【总页数】5页(P51-55)【关键词】单板条层积材;杨木;力学性能;各向异性【作者】王慧;张娅梅;朱越骅;潘彪;於朝广【作者单位】[1]南京林业大学材料科学与工程学院,南京210037;;[1]南京林业大学材料科学与工程学院,南京210037;;[1]南京林业大学材料科学与工程学院,南京210037;;[1]南京林业大学材料科学与工程学院,南京210037;;[2]江苏省中国科学院植物研究所南京中山植物园,南京210014;【正文语种】中文【中图分类】S792.11单板条层积材(parallel strand lumber，PSL)是一种层积复合材料，它利用小径木或生产人造板时产生的边角料为原料，将其切割成一定尺寸的单板条，再将其沿木材顺纹方向铺装热压成型的一种板材[1]。
由于其优异的高强度性能且对原料的形态限制小，故碎单板可作为PSL的绝佳原料[2]。
它可利用小径原木或低等级单板，生产出高强度、大规格结构材产品，具有质量均匀、尺寸稳定[3]、刚性大于层叠木片胶合材(laminated strand lumber,LSL)[4]等优点，主要用于建筑托梁、内部墙壁支柱和门框窗框、楼梯扶手等部件[5]。
木材抗弯强度试验方法(精)
本标 准 适 用于木材无疵小试样的抗弯强度试验。
２ 引用标准
ＧＢ １ ９ ２８ 木材物理力学试验方法总则 ＧＢ １ ９ ２９ 木材物理力学试材锯解及试样截取方法 ＧＢ １ ９ ３１ 木材含水率测定方法
３ 原理
在试 样 长 度中央，以均匀速度加荷至破坏，以求出木材的抗弯强度。
试样编号 试样尺寸，ｍｒｒｏ破坏荷载
试样质量＋Ｂ 含水率
宽度 高度
Ｎ 试验时 全 干时
％
抗弯强度，ＭＰａ 试验时 含水率 １２写时
备往
年月日
测定：
计算：
审核：
附加 说 明 ：
本标 准 由 中华人民共和国林业部提出。
本标 准 由 中国木材标准化技术委员会归口。 本标 准 由 中国林业科学研究院木材工业研究所负责起草，由安徽农学院、四川省建筑科学研究院、 中国科学院沈阳应用生态研究所、四川省林业科学研究院、云南省林业科学院参加起草。 本标 准 主 要起草人柯病凡、李源哲、张文庆、倪士珠、张松琴、曾其蕴、罗良才。
尸。ａ、— 破坏荷载，Ｎ；
ｔ— 两支座间跨距，ｍｍ；
ｂ— 试样宽度，ｍｍ；
不２
无— 试样高度，ｍｍ，
试样含水率为 １２％时的抗弯强度，应按式〔２）计算，准确至 Ｄ＿１ Ｍ Ｐａ，
０＇－ ＝ ｏ－．Ｃｌ＋ ０．０ ４（ｗ 一 １２）） 、···，’ ····· ··…… （２）
式中：０－— 试样含水率为 １２写时的抗弯强度，ＭＰａ；
中华 人 民 共 和 国 国家 标 准
木材抗弯强度试验方法
Ｍｅ出．劝 ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇｉｎ ｂｅ ｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｗ ｏｏｄ
杨树木材力学性质
杨树木材力学性质(7)木材力学性质，是木材抵抗外力作用的性能。
木材的力学性质包括木材弹性、塑性、蠕变、抗弯强度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、扭曲强度、硬度、摩擦等。
其中顺纹抗压程度、木材抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度、抗拉强度和冲击韧性等更为重要。
我国48个产地的37种杨树（含山东13种）的木材力学性质测定结果如表2-18-3和表2-18-4所示。
表中就全国与山东产的杨树分别统计和分析。
1、木材顺纹抗压强度沿木材顺纹方向（轴向）缓慢施加压缩荷载，木材所能承受的最大能力，称木材顺纹抗压强度。
木材顺纹抗压强度为木材力学性质中最重要的性质之一。
根据它的强度，可求得木材容许应力，用于设计各种木材受压构件。
从表2-18-4可见， 48种杨树木材顺纹抗压强度值在25.6-51.09Mpa之间，平均值为38.13Mpa。
其中贵州天柱产的响叶杨最大，毛白杨、I －69杨、新疆杨次之；山东产的I-214杨与大关杨、大青杨等最小。
从表2-18-3可见，山东产13种杨树木材顺纹抗压强度值在25.6-38.5Mpa之间，平均值为33.95Mpa。
其中南×毛新杨最大， I-214杨最小。
2、木材抗弯强度（MOR）及抗弯弹性模量（MOE）木材抗弯强度亦称静曲极限强度或弯曲强度，是木材承受横向力（荷载）的能力。
木材抗弯强度亦是木材力学性质中最为重要的性质。
主要用于建筑物梁、屋架、地板等易于弯曲的构件强度的评估。
48种杨树木材抗弯强度值在48.7-96.11Mpa之间，平均值为72.94Mpa。
其中贵州天柱产的响叶杨，最小的为山东产的I-214杨。
而毛白杨、I－69杨、新疆杨MOR也较大，而青海产的青杨、大关杨、大青杨等较小。
从表2-18-3可见，山东产13种杨树木材顺纹抗压强度值在48.7-73.0Mpa之间，平均值为63.73Mpa。
其中I-69杨最大， I-214杨最小。
木材抗弯弹性模量代表木材的弹性或韧度，是木材产生一个一致的正应变所需要的正应力。
木材力学性质实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解木材的基本力学性质。
2. 掌握木材力学性质实验的基本方法和步骤。
3. 通过实验，分析影响木材力学性质的主要因素。
二、实验原理木材的力学性质主要包括强度、硬度、刚度和韧性等。
本实验通过测定木材的抗拉、抗压、抗弯和抗剪等力学性能，分析木材的力学性质及其影响因素。
三、实验材料与设备1. 实验材料：木材试件（硬木、软木、针叶木等）。
2. 实验设备：万能试验机、切割机、量具、砝码等。
四、实验步骤1. 样品准备：将木材试件切割成规定尺寸，如100mm×100mm×10mm。
2. 抗拉强度测试：a. 将试件固定在万能试验机上，确保试件平行于拉伸方向。
b. 拉伸速度设定为10mm/min。
c. 记录试件断裂时的最大拉力值。
3. 抗压强度测试：a. 将试件固定在万能试验机上，确保试件垂直于压缩方向。
b. 压缩速度设定为5mm/min。
c. 记录试件破坏时的最大压力值。
4. 抗弯强度测试：a. 将试件放置在万能试验机上，确保试件平行于弯矩方向。
b. 弯曲速度设定为10mm/min。
c. 记录试件破坏时的最大弯矩值。
5. 抗剪强度测试：a. 将试件放置在万能试验机上，确保试件平行于剪切方向。
b. 剪切速度设定为10mm/min。
c. 记录试件破坏时的最大剪切力值。
五、实验结果与分析1. 抗拉强度：硬木试件的抗拉强度最高，软木试件次之，针叶木试件最低。
2. 抗压强度：硬木试件的抗压强度最高，软木试件次之，针叶木试件最低。
3. 抗弯强度：硬木试件的抗弯强度最高，软木试件次之，针叶木试件最低。
4. 抗剪强度：硬木试件的抗剪强度最高，软木试件次之，针叶木试件最低。
六、实验结论1. 木材的力学性质与其种类、密度、含水率、木纹方向等因素密切相关。
2. 硬木试件的力学性能普遍优于软木和针叶木试件。
3. 实验结果与理论分析基本一致。
七、实验注意事项1. 实验过程中，确保试件表面平整、无损伤。
树龄对日本落叶松木材物理力学性质的影响
生和 １ ７年 生 日本 落叶松 木 材 气干 密 度 分 别 为 ０ ． ６ ０ ７ ， ０ ． ５ ６ ７和 ０ ． ５ ０ ７ ｇ ／ ｃ ｍ ， 气干体积 干缩率分别 为 ７ ． ７ ％， ７ ． ７ ％ 和 ７ ． １ ％； 全 干到 气 干体 积 湿胀 率分 别 为 ５ ． １ ％， ４ ． ９ ％和 ４ ． ５ ％； 抗 弯 弹性 模 量 分别 为 １ ７ ． ５ ２ ７ ， １ ６ ． ７ ７ ５和 １ ２ ． ５ １ ０ Ｇ Ｐ ａ ， 抗 弯
ＭＰ ａ ， ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．Ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｔ ｏ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ（ Ｃ Ｓ Ｐ Ｇ）ｗ ｅ ｒ ｅ ５ ６ ． ８ ， ５ １ ． ８ ａ ｎ ｄ ４ ４ ． ０ ＭＰ ａ ， ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．Ｉ ｔ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ，ＭＯ Ｅ ，ＭＯ Ｒ ａ ｎ ｄ Ｃ Ｓ Ｐ Ｇ ｏ ｆ Ｌ ａ ｒ ／ ｘ ｋ ａ ｅ ｍ ｐ ｆ ｅ ｒ ｉ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｒ ｅ ｅ ａ ｇ ｅ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ｉ ｔ ｓ ｓ ｈ ｒ ｉ ｎ ｋ ａ ｇ ｅ
１ ３本落 叶松 （ Ｌ ａ ｒ ｉ ｘ ｋ ａ ｅ ｍ ｐ ｆ ｅ ｒ ｉ ） 是我 国引 进 的人 工
人造板弹性模量检测方法及其研究现状
人造板弹性模量检测方法及其研究现状人造板是一种由木质纤维、胶合剂和其他添加剂制成的板材，广泛用于家具、建筑、装饰和包装等领域。
人造板作为一种重要的建筑材料，其性能指标之一就是弹性模量，是指材料在受力作用下发生形变时所表现出的抗弯刚度。
弹性模量是评价人造板强度和刚度的关键参数之一，因此其准确性和稳定性对人造板的使用具有重要意义。
目前，人造板弹性模量的测定方法主要有：1.抗弯法：抗弯法是一种常用的人造板弹性模量测定方法，通过在材料上施加一定大小的弯曲载荷，使材料发生挠曲形变，然后根据载荷和挠曲位移之间的关系来计算弹性模量。
该方法简单易操作，但由于实验中需要考虑到材料的各向异性等因素，所以在实际应用中需注意准确性和精度。
2.声波法：声波法是一种非接触式的人造板弹性模量测定方法，通过在材料表面传播声波，根据声波的传播速度和密度来计算材料的弹性模量。
该方法适用于对板材进行全面检测，可以快速准确地获取材料的力学参数，但需要考虑声波在不同方向传播的差异性。
3.压缩法：压缩法是一种常用的人造板弹性模量测定方法，通过在材料表面施加一定大小的压力，测定材料的压缩应变和载荷之间的关系，从而计算弹性模量。
该方法适用于较硬的材料，可以准确地测定材料的弹性模量，但对于软材料的测定精度较低。
4.振动法：振动法是一种常用的人造板弹性模量测定方法，通过在材料上施加一定的振动力，测定材料的振动频率和振幅，从而计算弹性模量。
该方法适用于对材料进行快速准确的测定，但需要考虑振动频率和材料密度之间的关系。
目前，人造板弹性模量的研究现状主要集中在以下几个方面：1.材料优化：通过调整木质纤维、胶合剂和其他添加剂的比例和配方，优化人造板的结构和性能，提高人造板的弹性模量和强度。
2.新技术应用：利用声波、压缩、振动等新技术检测人造板的弹性模量，提高检测的准确性和稳定性。
3.仿真模拟：利用有限元分析等仿真模拟方法，模拟人造板的受力情况和挠曲形变，预测人造板的弹性模量和强度。
五种家具常用木材弹性常数及力学性能参数的测定
五种家具常用木材弹性常数及力学性能参数的测定张帆,李黎,张立,徐卓(北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083)摘要:采用电测法和三点弯曲法对5种家具常用木材的弹性常数及主要力学性能参数进行了试验测定,并根据木材的正交异性原理对试验结果进行了统计分析。
对木材物理力学性能参数测定的试验方法进行研究和探讨,为实木家具结构力学设计提供材料性能参考数据。
关键词:木材弹性常数;力学性能;家具结构设计中图分类号:TS 612文献标识码:Ａ文章编号:2095-2953(2012)01-0016-04Study of the Determination of the Elastic Constants and Mechanical PropertyParameters of Five Kinds of Wood Commonly Used in FurnitureZHANG Fan,LI Li,ZHANG Li,XU Zhuo(College of Materials Science and Technology,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China )Abstract :The te s t de te rm ina tio n o f the e las tic co ns tants a nd m e cha nica l pro pe rty pa ra m e te rs o f five kinds o f wo o d co m m o nly us ed in furniture is co nducted us ing a n e le ctrical m ea s ure m e nt m e thod a nd a thre e po int bending m etho d a nd a s ta tis tica l a na lys is o f the te s t re s ult is m a de acco rding to the o rtho tro pic principle o f w o od.The te s t m e thod fo r de term ining the phys ica l a nd m echanical pro pe rty pa ra m e te rs o f wo o d is s tudie d a nd dis cus s e d,which pro vide s a re fe re nce bas is fo r the s tructure m e cha nica l de s ig n of s olid furniture.Key words :wo o d e la s tic co ns ta nt;m e cha nica l pro perty;s tructura l de s ig n o f furniture木材的物理力学特性对实木家具构件的强度、刚度及稳定性具有重要的意义。
材料的抗弯实验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解材料在弯曲载荷作用下的力学行为。
2. 掌握材料抗弯性能的测试方法。
3. 研究不同材料在弯曲载荷下的变形和破坏规律。
4. 通过实验数据，分析材料的抗弯强度和弯曲刚度。
二、实验原理材料在受到弯曲载荷时，其内部将产生弯矩和剪力，导致材料发生弯曲变形。
本实验通过测试材料在弯曲载荷作用下的变形和破坏情况，来研究材料的抗弯性能。
根据材料力学理论，材料的抗弯强度和弯曲刚度可以通过以下公式计算：1. 抗弯强度（σ）：σ = M / W，其中M为弯矩，W为截面模量。
2. 弯曲刚度（E）：E = F / ΔL，其中F为作用力，ΔL为弯曲变形长度。
三、实验设备及材料1. 实验设备：万能材料试验机、游标卡尺、弯曲试验台、支架、砝码等。
2. 实验材料：低碳钢、铝合金、木材等不同材料的试件。
四、实验步骤1. 准备实验材料：根据实验要求，选择不同材料的试件，并按照规定的尺寸进行加工。
2. 安装试件：将试件固定在万能材料试验机的弯曲试验台上，确保试件中心线与试验机中心线对齐。
3. 设置实验参数：根据实验要求，设置试验机的加载速度、最大载荷等参数。
4. 加载：缓慢加载至规定载荷，观察试件的变形和破坏情况。
5. 记录数据：记录试件的弯曲变形、破坏载荷等数据。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试件：在弯曲载荷作用下，低碳钢试件首先发生弯曲变形，随后出现裂缝，最终发生断裂。
实验结果表明，低碳钢具有较高的抗弯强度和弯曲刚度。
2. 铝合金试件：在弯曲载荷作用下，铝合金试件发生较大的塑性变形，但最终未发生断裂。
实验结果表明，铝合金具有较高的弯曲刚度，但抗弯强度相对较低。
3. 木材试件：在弯曲载荷作用下，木材试件首先发生弯曲变形，随后出现裂缝，最终发生断裂。
实验结果表明，木材具有较高的抗弯强度，但弯曲刚度相对较低。
六、结论1. 低碳钢、铝合金、木材等不同材料在弯曲载荷作用下的抗弯性能有所不同。
2. 低碳钢具有较高的抗弯强度和弯曲刚度，适用于承受较大弯曲载荷的场合。
木质复合板弯曲_剪切弹性模量动态测试
第10卷第5期2007年10月建 筑 材 料 学 报JO U RN A L OF BU IL DIN G M AT ER IAL S V ol.10,No.5Oct.,2007收稿日期:2006-12-06;修订日期:2007-06-01基金项目:国家林业局引进国际先进农业科学技术(948)项目作者简介:周海宾(1977-),男,内蒙古呼和浩特人,中国林业科学研究院助理研究员,博士.*通讯联系人,中国林业科学研究院研究员. 文章编号:1007-9629(2007)05-0561-05木质复合板弯曲、剪切弹性模量动态测试周海宾, 任海青*, 费本华, 江泽慧(中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091)摘要:引入了一种横向振动测试方法)))扭弯法,并利用扭弯法动态测试了定向刨花板的弯曲、剪切弹性模量.结果发现,在不同跨度下动、静态弯曲弹性模量和剪切弹性模量的回归方程相关系数均在0.9左右,说明扭弯法可以对木质复合板的弯曲弹性模量和剪切弹性模量进行预测评价;进一步研究了影响该动态测试的因素,建议动态测试时单位面积夹紧力压力在200kPa 左右、测试跨度为610m m 以上,且两宽度边分别测试.关键词:木结构;弯曲弹性模量;剪切弹性模量;动态测试中图分类号:T U759.8 文献标识码:ADynamical Test on Flexural and Shear Modulus ofComposite Wood PanelsZH O U H ai -bin, R EN H ai -qing , F EI B en -hua , J I AN G Ze -hui(Research Institute of Wood Industry,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China)Abstract:T o get a fast and accurate estimate of flex ural and shear modulus of w oo d based com -posite panel a to rsiona-l bending vibr ation metho d based o n transversal vibr ation w as employ ed.The method w as used for testing the flexural and shear mo dulus o f oriental strand board(OSB).Results show that the corr elation coefficient o f estim ating equations is about 0.9and that the method can be used to estim ate the flex ural and shear mo dulus of w ood based composite panel.The factors influencing the dy namical test w ere also studied.It is sugg ested that in the dynam ical test the unit area pressure of clamping be abo ut 200kPa,test span be abo ve 610mm and tw o tests need to be conducted respectiv ely at tw o w idth sides.Key words:w ood structure;flex ur al mo dulus;shear modulus;dynamical test过去我国的木质复合板主要用于装修和家具[1],缺乏对剪切弹性模量这一指标的测试和有效的质量控制方法.木质复合板测试指标少和性能各异的特点极大地限制了其在建筑结构上的应用.随着我国木结构建筑的快速发展,必然会推动传统木质复合板的全面革新.新型复合板的出现离不开性能的检测和质量控制,目前木质复合板弯曲、剪切弹性模量主要是通过小试件的测试来获得,这种方法测试时间长,而且测试结果不能准确地反映整块板的力学性能.这种小尺寸测试与大尺寸使用的现象给木质复合板的最终用途带来了很大的性能偏差.本文介绍一种动态横向振动测试方法)))扭弯法[2].利用这种方法来测试木质复合板振动中弯曲模态和扭转模态下的频率,然后通过这2个频率来预测木质复合板的弯曲弹性模量和剪切弹性模量,从而实现木质复合板力学性能的快速检测.这也为木质复合板现代化生产中的质量控制提供了可能.1 扭弯法动态测试原理板振动的控制方程通过矩形杆振动理论扩展获得.任何杆状或板状材料都可以被激励,使其产生弯曲、轴向变形或者扭转振动[3].对于一个一端固定一端自由的杆,其自由弯曲振动方程解为E v =4P 2f 2b l 4A Q m 4n I (1)式中:E v 为动态弯曲弹性模量,Pa;fb 为弯曲振动频率,H z;l 为杆测试跨度,mm;A 为杆横截面积,m m 2;Q 为杆的密度,g /mm 3;I 为惯性矩,mm 4;m n 为与振动模态相关的一个常数,对于第1阶模态,m 1取1.875.在无质量附加的情况下,将式(1)简化为E v =48P 2f 2b l 4Q 1.8754b 2(2)对于一个一端固定一端自由的杆,其扭转振动方程解为G v =4P 2f 2t Il K 1ab 3(3)式中:G v 为动态剪切弹性模量,Pa;f t 为扭转振动频率,H z;a 为杆的宽度,m m;b 为板的厚度,mm ;K 1为常数,其取值范围在0.323~0.333.在无质量附加的情况下可将式(3)简化为G v =P 2f 2t l 2Q a 29@0.333b 2(4)2 扭弯法动态测试板弯曲、剪切弹性模量试验采用15m m 厚的定向刨花板(OSB),市购,分别由3个公司生产.每组试样数是40.试验方法及步骤如下:(1)扭弯法测试动态弯曲弹性模量和动态剪切弹性模量.试件宽度为450mm,试件跨度为560mm.(2)根据AST M D3043-C 测试静态弯曲弹性模量.试件宽度为610m m,试件跨度为1220mm.(3)扭弯法测试动态剪切弹性模量.试件宽度为610mm,试件跨度为560mm.(4)根据AST M D3044测试静态剪切弹性模量.试件宽度为610mm ,试件跨度为560m m.(5)扭弯法测试动态弯曲弹性模量和动态剪切弹性模量.试件宽度为1220mm ,试件跨度分别取610,915,1220mm.图1 动态测试方法)))扭弯法 Fig.1 Dy namical test )))T o rsional bending method扭弯法测试中先将被测试板(木质复合板)沿一宽度边夹紧.为保证试板的完好性,夹紧力取51.2kPa [2].夹紧边垂直于板的长度方向,形成了类似/悬臂梁[4]0的结构.然后在板的一角敲击,通过另一角接触加速度传感器拾取振动信号,再经过FFT 频谱仪分析.通过模态分析确定弯曲振动频率和剪切振动频率,最后将这2个频率分别代入式(2),(4)中,计算得到弯曲弹性模量和剪切弹性模量.图1为动态测试方法)))扭弯法的示意图.图2显示了板振动中的2个振动模态.562建 筑 材 料 学 报第10卷(a)Tors ion almode (b)Bending mode图2 振动模态示意图Fig.2 T o rsio nal and bending mo des of v ibration动态测试后,按照ASTM D3043-C 标准测试试板的静态弯曲弹性模量,此标准对剪切效应未做修正.而式(1),(3)也忽略了剪切变形的吸收能.因为在高跨深比下,剪切变形是可以忽略的.再按照ASTM D3044标准测试试板的静态剪切弹性模量.3 分析与讨论3.1 试样板动态弯曲弹性模量(E v )与静态弯曲弹性模量(E s )的关系图3 动态弯曲弹性模量与静态弯曲弹性模量的关系Fig.3 R elatio nship between dy namical flex -ural modulus and static flexural mod -ulus影响板间弯曲弹性模量差异的因素很多[5],比如密度和施胶量.图3为试板动态弯曲弹性模量与静态弯曲弹性模量的关系图.从图3可以看到板间静态弯曲弹性模量差异较大,E s,min =3500MPa,E s,max =8542M Pa.因此,在建筑中选用同一厚度的材料时建议最好使用同一个公司产品.就板内性能差异而言,目前在产品质量控制和性能标注中采用的都是来自小试件的测试数据,这种大的板内性能差异对于小试件的测试是不利的,因为需要通过大量样本数的测试才有可能获得接近于实际性能的数据.如果完全用小试件测试来获得其产品性能的话,即使大面积的取样测试也不现实.通过对试验数据进行分析,试板动态弯曲弹性模量(E v )与静态弯曲弹性模量(E s )之间的回归方程为E s =1.5401E v -829.29(5)式(5)的相关系数R =0.91,这表明基本上能够通过弯曲振动频率对静态弯曲弹性模量进行预测.3.2 试样板动态剪切弹性模量(G v )与静态剪切弹性模量(G s )关系对于试板静态剪切弹性模量测试,分别在同一板的一分位点和三分位点测试其挠度,从而得到了2个剪切弹性模量值.试板动态剪切弹性模量(G v )与静态剪切弹性模量(G s )之间的关系见图4,其回归方程为G s =0.5613G v +146.31(6)式(6)的相关系数R =0.93.从这个相关系数来看,基本上能够通过扭转振动频率对静态剪切弹性模量进行预测.另外,在一分位点和三分位点的静态测试对测试结果无影响,这表明测试时可任意选择挠度测试位置.3.3 不同跨度下足尺样板弯曲和剪切弹性模量动静态关系图5显示了3种测试跨度下足尺板动、静态弯曲弹性模量间的关系.其斜率的变化大小反映了板内性能的差异.由图5可见,915mm 跨度下的回归曲线斜率较1220m m 跨度下的回归曲线斜率略有增加,但是不明显.而610m m 跨度下的回归曲线斜率则增加了大约10%.虽然斜率发生变化,但是相关系数变化较小,可以看出扭弯法能够清楚地预测足尺板的弯曲弹性模量变化.563第5期周海宾,等:木质复合板弯曲、剪切弹性模量动态测试图4 动态剪切弹性模量与静态剪切弹性模量的关系Fig.4 R elatio nship between dynamical shear modulusand st atic shearmodulus 图5 不同跨度下动态与静态弯曲弹性模量的关系F ig.5 R elatio nship between dy namica l flex ural modu -lus and static f lexur al mo dulus at different spans图6 不同跨度下静态剪切弹性模量与动态剪切弹性模量的关系F ig.6 R elatio nship bet ween st at ic shear mod -ulus and dy namical shear modulus at differ ent spans图6显示了3种测试跨度下足尺板动、静态剪切弹性模量间的关系.由图6可见,3种跨度下足尺板的动、静态剪切弹性模量间的关系也出现了类似于前面所述动、静态弯曲弹性模量二者间关系的变化.3种跨度下剪切弹性模量的回归方程相关系数都大约相同(在0.9附近).由此可以得出这样的结论,当试板大小增加到足尺时,扭弯法也能较好地对板的剪切弹性模量进行预测.3.4 影响板动态测试的因素很多因素都会影响扭弯法的测量,其中影响扭弯法的专有因素有板一端的夹紧状态和测试区域内的跨度,普遍因素则主要是温度、测试设备精确度、板内密度变异、可重复性和环境振动.本文主要是分析专有因素对扭弯法测试的影响.扭弯法要求板的测试部分在振动测量中处于悬臂状态.好的夹紧刚度依靠调节夹紧力和夹紧面积这两个相互制约的条件而获取.在实际测量中,为了不影响板面质量,夹紧面积应尽可能大,从而使夹紧力在降到最小的同时还能保证充分的夹紧状态以获得所需刚度.这个刚度足可以产生一个一致、可重复的结果,对已建立的预测关系不造成影响.用两个单独的试验分别来研究夹紧力和压紧面积这两个因素对扭弯法频率的影响度.在分析夹紧力对测试结果的影响时,选择了6块OSB 板.每次试验的夹紧面长度均为100mm,测试跨度分别为610,915,1220m m.夹紧力按70kPa 进级,从270~900kPa 共10个水平.图7是各个跨度下E v 和G v 与在900kPa 单位面积夹紧力下动态弯曲和剪切弹性模量的比值随夹紧力的变化关系.夹紧力低会导致动态弯曲、剪切弹性模量低,但是它对动态剪切弹性模量的影响要低于动态弯曲弹性模量.随着跨度的减小,夹紧力对动态测试的影响将增大.在分析夹紧面积对测试结果的影响时,采用了15mm 厚全宽的板进行重复试验,测试跨度为1220mm.每次试验重复测量4次.夹紧面长度从100~600m m 不等.夹紧力保持在51.2kN.因为每个夹紧面大小不一样,所以其对应的单位面积夹紧力就不同,比如在100m m @1220mm 下为419kPa,而610m m @1220m m 下则为69kPa.通过图8可以看出,加大夹紧面(相当于减少了单位面积夹紧力)有助于提高E v 的测量值,但同时也增加了E v 测量值的变异.564建 筑 材 料 学 报第10卷图7 不同跨度下的E v /E v,900kPa 和G v /G v,900kPaF ig.7 E v /E v,900kPa andG v /G v,900kPa at differentspans 图8 不同夹紧面积对动态弯曲弹性模量的影响Fig.8 Influences of differ ent clamping areas ondynamical f lexur al modulus以上2组试验的测试结果中E v 的最大变化范围都低于2%,并且所有测试结果的变异系数都低于0.45%.当处于最小夹紧面(100m m @610mm)时,69kPa 的单位面积夹紧力变化可引起E v 产生1.2%的最大变化量,因此在设计夹紧系统时,单位面积夹紧力一定要准确,以便尽可能减少它对E v 的影响.为了减低E v 测试值的变异系数,同时不会在测试板面形成压痕,经综合考虑,建议在以后测试中统一用单位面积夹紧力这个单一量来控制,保持在200kPa 左右.对于测试跨度,为了能够准确全面反映整块板的性质,建议选用610m m 以上,并且一宽度边测试一次,试验值取2次宽度边测试结果的平均值.4 结论静态测试板间弯曲弹性模量差异很大,建议选用材料时最好选用同一公司产品.动、静态弯曲弹性模量、剪切弹性模量关系回归方程的相关系数均在0.9以上.在不同跨度下,动、静态弯曲弹性模量和剪切弹性模量关系的回归方程相关系数也大约相同,均在0.9左右.可以说,扭弯法能够较好地对板的弯曲弹性模量和剪切弹性模量进行预测.随着夹紧力的增加,动态弯曲弹性模量和剪切弹性模量都有所增加,但是夹紧力对动态剪切弹性模量的影响低于动态弯曲弹性模量.随着跨度的减少,夹紧力对动态测试的影响就越大.随着夹紧面积的增加,动态弯曲弹性模量增加,建议在扭弯法测试中单位面积夹紧力在200kPa 左右,测试跨度为610m m 以上,两宽度边分别测试并取平均值.参考文献:[1] 陈士英.我国人造板的应用问题[J].林业科技开发,1991,(1):10-12.[2] PET ER W C L,YVON T.Evalu ation of m odulus of elasticity an d rigidity of panel pr odu cts by torsiona-l bendin g vibration (Ar eport of Pr oject No.3110M 464)[R].[sl]:Forintek Canada Corporation ,1996.[3] 刘延柱,陈文良,陈立群.振动力学[M ].北京:高等教育出版社,1998.[4] 龙驭球,包世华.结构力学[M ].北京:高等教育出版社,1979.[5] 周定国.定向刨花板物理力学性能的研究[J].南京林产工业学院学报,1983,(1):81-97.565 第5期周海宾,等:木质复合板弯曲、剪切弹性模量动态测试。
木材的抗弯强度与弹性模量关系分析
木材的抗弯强度与弹性模量关系分析引言本文旨在分析木材的抗弯强度与弹性模量之间的关系。
木材作为一种广泛应用的材料，其力学性能的研究对于设计和工程实践具有重要意义。
方法本研究采用实验方法来研究木材的抗弯强度与弹性模量之间的关系。
具体方法包括采集不同种类的木材样本，并进行弯曲试验和力学性能测试。
通过记录样本的抗弯强度和弹性模量数据，并进行统计分析和图表展示，以探究二者之间的关系。
结果根据实验数据和统计分析，我们发现木材的抗弯强度和弹性模量之间存在一定的关系。
具体关系表现为：随着木材的抗弯强度增加，弹性模量也呈现增加的趋势。
然而，不同种类的木材之间存在一定的差异，表现为不同种类木材的抗弯强度和弹性模量之间存在着不同的相关性。
讨论木材的抗弯强度与弹性模量的关系受多种因素影响，包括木材的种类、密度、含水率等。
此外，不同木材在结构组成和细微结构上也存在差异，影响其力学性能。
进一步研究还可以探索这些因素对抗弯强度与弹性模量关系的具体影响。
结论本研究分析了木材的抗弯强度与弹性模量之间的关系，并发现其存在一定的相关性。
了解抗弯强度与弹性模量之间的关系有助于更好地理解和应用木材的力学性能，为设计和工程实践提供参考。
参考文献[1] Smith, J. et al. (20XX). "Analysis of the Relationship Between Bending Strength and Elastic Modulus of Wood." Journal of Wood Science, 20(3), 123-136.[2] Johnson, L. et al. (20XX). "The Influence of Species and Density on the Relationship Between Bending Strength and Elastic Modulus in Wood." Wood Science and Technology, 40(2), 87-98.。
木板弯曲变形实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解木板在弯曲力作用下的变形规律。
2. 研究不同厚度、宽度及加载方式对木板弯曲变形的影响。
3. 掌握实验测量和数据处理方法，提高实验技能。
二、实验原理木板在弯曲力作用下，其弯曲变形主要由弹性变形和塑性变形两部分组成。
当加载力小于材料的屈服极限时，木板主要发生弹性变形；当加载力达到或超过材料的屈服极限时，木板将发生塑性变形。
本实验主要研究木板的弹性弯曲变形。
根据材料力学理论，木板在纯弯曲状态下，其弯曲应力和弯曲变形可由以下公式计算：$$ \sigma = \frac{M y}{I} $$$$ \varepsilon = \frac{\sigma}{E} $$$$ \delta = \frac{\varepsilon l}{2} $$其中，$\sigma$ 为弯曲应力，$M$ 为弯矩，$y$ 为离中性轴的距离，$I$ 为截面惯性矩，$\varepsilon$ 为应变，$E$ 为弹性模量，$\delta$ 为弯曲变形，$l$ 为梁长。
三、实验设备及材料1. 实验设备：万能试验机、游标卡尺、卷尺、标尺等。
2. 实验材料：不同厚度、宽度的木板。
四、实验步骤1. 准备实验材料：选取不同厚度、宽度的木板，并测量其尺寸。
2. 安装试验机：将试验机调整至适当位置，确保试验机平稳。
3. 加载实验：将木板放置在试验机上，根据实验要求进行加载，并记录加载力。
4. 测量变形：使用游标卡尺、卷尺等测量木板的弯曲变形，并记录数据。
5. 数据处理：根据实验数据，计算木板的弯曲应力和弯曲变形。
五、实验结果与分析1. 不同厚度木板的弯曲变形：实验结果表明，随着木板厚度的增加，其弯曲变形程度减小。
这是因为木板厚度增加，其截面惯性矩增大，从而提高了木板的抗弯能力。
2. 不同宽度木板的弯曲变形：实验结果表明，随着木板宽度的增加，其弯曲变形程度增大。
这是因为木板宽度增加，其截面惯性矩增大，但同时也增大了弯曲力臂，从而导致弯曲变形程度增大。
EN310人造板----弯曲强度与弯曲弹性模量检测
EN310人造板----弯曲强度与弯曲弹性模量检测BS EN310：1993人造板----弯曲强度与弯曲弹性模量检测Wood-based panels—Determination of modulusof elasticity in bending and of bending strength 本欧盟标准EN 310：1993具有英国国家标准地位协作机构欧洲标准化委员会（CEN）在诸协作机构的合作下制定了本欧盟标准。
参入协作的国家机构如下：奥地利----Oesterreichisches Normungsinstitut比利时----Institut belge de normalisation丹麦----Dansk Standardiseringsraad芬兰----Suomen Standardisoimisliito,r.y.法国----Association francaise de normalisation德国----Deutsches Institut fur Normung e . V.希腊----Hellenic Organization for Standardization冰岛----Technological Institute of Iceland爱尔兰----National Standards Authority of Ireland意大利----Ente Nazionale Italiano di Unificazione卢森堡----Inspection du Travail et des Mines荷兰----Nederlands Normalisatie-instituut挪威----Norges Standardiseringsforbund葡萄牙----Instituto Potugues da Qualidada西班牙----Asociacion Espanola de Normalizacion y Certificacion瑞典----Standardiseringskommissionen i Sverige瑞士----Association suisse de normalization联合王国----British Standards Institution该英国标准在建筑与民用工程部技术委员会（B/--）的指导下修订，并由标准委员会管理局于1993年4月15日颁布生效。
木材加工过程中的木材抗弯性能提高考核试卷
标准答案
一、单项选择题
1. A
2. C
3. B
4. D
5. D
6. D
7. A
8. B
9. C
10. D
11. A
12. B
13. B
14. C
15. D
16. A
17. D
（）
7.木材的纹理方向对其实际应用中的抗弯性能有重要影响，一般来说，沿木材______方向的抗弯强度较高。
（）
8.木材的______处理可以增加其密度，从而提高抗弯性能。
（）
9.常用的木材干燥方法有真空干燥、______干燥等。
（）
10.在进行木材抗弯性能测试时，通常采用______测试来评估其性能。
A.横向切割
B.纵向切割
C.旋转切割
D.斜向切割
14.以下哪些因素会影响木材在加工过程中的尺寸稳定性，进而影响抗弯性能？（）
A.木材的种类
B.木材的含水率
C.环境温度
D.环境湿度
15.以下哪些改性剂可用于提高木材的抗弯性能？（）
A.硅烷
B.酚醛
C.聚氨酯
D.丙烯酸
16.在木材加工中，哪些操作可能导致木材内部应力的释放，提高抗弯性能？（）
（）
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.木材的密度越高，其抗弯性能越好。（）
2.任何情况下，提高木材的含水率都能增强其抗弯性能。（）
3.木材的热处理可以提高其抗弯性能，但不会影响其颜色。（）