單板層積材力學性能與無損檢測可靠性研究.pdf

1、為了考察單板層積材的力學性能與可靠性，本文運用了縱波傳播法、縱向共振法、彎曲振動法等無損檢測方法、復合材料力學分析、計算機模擬及靜態(tài)力學試驗等方法來進行研究。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)境相對濕度下楊木與樟子松單板層積材，建立單板層積材力學性能預測公式，探討ANSYS程序分析單板層積材力學性能的可行性，分析了各種無損檢測動態(tài)楊氏模量與靜態(tài)彎

2、曲彈性模量（MOE）及靜曲強度(MOR)間的線性關系，分析了各種無損檢測方法的可靠性與不同因素影響下單板層積材的結構可靠性。
　　在不同壓縮率影響下單板層積材性能研究中，考察了壓縮率對樺木、楊木、樟子松單板層積材力學性能的影響并分析了原因;在對單板層積材力學性能研究中，從復合材料力學角度分析單板層積材的力學性能;建立了單板層積材力學性能的計算公式;分析了樹種、壓縮率對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

3、構可靠性。在不同組坯影響下單板層積材性能研究中，對楊木和樺木制作的單板層積材進行力學試驗研究，主要研究不同組坯對單板層積材垂直加載的MOE與MOR的影響，共運用了復合材料力學、計算機模擬和靜力學試驗三種分析方法，運用了蒙特卡洛法對不同組坯單板層積材的可靠性進行了評估。在對不同單板厚度單板層積材性能研究中，考察了單板厚度對樟子松單板層積材力學性能的影響并分析了原因;分析了各種無損檢測的動態(tài)楊氏模量與靜態(tài)彎曲彈性模量及靜曲強度間的線性關系;

4、并研究了各種無損檢測方法的可靠性。在不同環(huán)境相對濕度影響下單板層積材性能研究中，考察了環(huán)境相對濕度對楊木、樟子松單板層積材力學性能的影響并分析了原因;分析了環(huán)境相對濕度對各種無損檢測的動態(tài)楊氏模量與靜態(tài)彎曲彈性模量及靜曲強度間線性關系的影響，運用模糊數(shù)學與經(jīng)典數(shù)學對無損檢測回歸分析結果進行了對比分析。
　　本研究結果歸納如下:
　　(1)對于不同壓縮率單板層積材的研究表明:復合材料力學分析方法可用于壓縮率對單板層積材力學性能

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

6、載方向不同時也不一致。
　　(2)對于不同組坯單板層積材的研究表明:運用復合材料力學、有限元分析程序及靜力試驗，對樺木與楊木不同組坯單板層積材的力學性能與可靠性進行了分析。每種組坯單板層積材的MOE與MOR理論分析結果、計算機模擬結果與試驗結果都非常接近，復合材料力學與ANSYS軟件分析適用于單板層積材的力學性能分析。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度要高于楊木單板置于頂?shù)讓拥膯伟鍖臃e材強度，極限狀態(tài)可靠性要大一些。
　　(3)對于不同單板厚度單板層積材的研究表明:運用彎曲振動（面內(nèi)、面外）、縱向共振、縱波傳播四種無損檢測的方法，檢測了單板層積材的力學性能。不同單板厚度樟子松單板層積材動態(tài)模量結果與靜態(tài)彎曲彈性模量、靜曲強度有密切線性相關性，垂直加載方向與平行加載方向的相關性系數(shù)都遠大于相關系數(shù)1％分位的臨界值，線性相關性最好的是與靜力試驗加載方向同向的彎曲

8、振動檢測方法。這四種無損檢測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、靜曲強度檢測。直接使用無損檢測結果與彈性模量或靜曲強度回歸方程得到的力學性能指標結果并不可靠，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，能夠滿足工程實際要求。樟子松單板層積材主要力學性能指標MOE與MOR均隨著單板厚度的增大而降低。
　　(4)對于不同環(huán)境濕度下單板層積材的研究表明:將上述四種無損檢測方法運用于不同環(huán)境濕度下的楊木、

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