木材的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬方法.pdf

1、木材是一種使用歷史悠久的生物材料，它具有自重輕、強(qiáng)度高、加工容易等優(yōu)點(diǎn)，因而在建筑領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用。近年來，新型工程木制品的廣泛使用和古舊木材鑒定加固的需求刺激了對(duì)木材物理力學(xué)性質(zhì)更深入的探索，特別是建立木材的精細(xì)化力學(xué)模型并實(shí)現(xiàn)木材在計(jì)算機(jī)中的彈塑性模擬顯得尤為重要。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，在對(duì)木材力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)之上，針對(duì)所要解決的具體問題，建立了兩套木材的數(shù)值模型，并分析和評(píng)價(jià)了其有效性和可能的應(yīng)用前景。
　　首先，本文以

2、紅松材為試驗(yàn)對(duì)象，測(cè)試了材料在三個(gè)主方向和多個(gè)斜方向的彈性模量、泊松比、剪切模量、交叉彈性系數(shù)、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等多組彈性常數(shù)和極限強(qiáng)度，并比較了這些材料參數(shù)與張量轉(zhuǎn)軸公式、Hankinson經(jīng)驗(yàn)公式、各向異性屈服準(zhǔn)則之間的關(guān)系，從定性和定量?jī)煞矫婵偨Y(jié)了木材的主要受力特性。
　　其次，基于木材的微觀結(jié)構(gòu)和對(duì)材性的分析結(jié)果，本文建立了可以同時(shí)反映木材微觀形態(tài)和宏觀力學(xué)表現(xiàn)的平面晶格模型，該模型全部由彈簧單元連接而成，模型

3、中各彈簧的參數(shù)依據(jù)能量原理確定，模型模擬結(jié)果的有效性由試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果得到驗(yàn)證。
　　之后，本文建立了木材的兩套本構(gòu)模型來反映木材在宏觀上的彈塑性力學(xué)行為。第一套本構(gòu)模型是基于纖維復(fù)合材料本構(gòu)模型的改進(jìn)，它能夠計(jì)算材料在任意方向受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。第二套本構(gòu)模型建立在經(jīng)典的彈塑性力學(xué)框架內(nèi)，可以用于描述木材在任意荷載作用下的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，并通過用戶自定義子程序UMAT實(shí)現(xiàn)了在ABAQUS中的嵌入。
　　最后，在對(duì)木材的材性研