[发明专利]测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法

说明书

本发明提供一种测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法，该方法的推算公式是依赖于材料类型和方板宽厚比的关系式,得到的剪切模量准确。以十字交叉的两根弹性绳悬挂方板；一根弹性位于方板宽度方向的中间位置；另一根弹性绳位于方板长度方向的中间位置；加速度计安装于方板上表面沿长度方向距角点3/8l处；锤击方板激励方板自由振动,通过加速度计接受振动信号并转换为电信号输出,应用信号和系统分析软件处理，显示出加速度频谱；从频谱上读取试件的一阶扭转频率f_t；木材密度为ρ；所述方板的长l、宽b、厚h；方板是木基结构板材，方板的上下表面是木材的径切面或弦切面，方板的上下表面是木材的横切面时，分别按计算剪切模量。

技术领域

本发明涉及材料剪切模量测试方法，具体地说，是一种测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法。

背景技术

传统的静态测试材料剪切模量方法,采用的是圆形截面试件。通过扭转试验机给试件施加一对大小相等转向相反的力偶矩,该力偶矩在数值上等于试件在扭转变形时圆截面上的扭矩,再使用扭角仪同步测定杆件两个相邻截面上的相对扭转角,根据扭矩和单位相对扭转角关系以及圆形截面的极惯性矩可推算出试件材料的剪切模量。这种传统的测试剪切模量方法,也是一种从定义出发测试剪切模量的经典方法。

工程上经常使用木基结构板材,例如MDF中纤板,OSB定向刨花板等,如何根据板材直接测试其剪切模量具有实际应用价值。根据多年测试实践,方板扭转加载试验台制造简单,砝码加载简便(实质上构成一台柔性试验机),测试数据重复性好,适合于中小型试验室使用和推广。此外方板静态扭转试验测试的材料静剪切模量也可以作为动态测试剪切模量准确性的检验。对于木基结构板材或木材的剪切模量一般在2000MPa以内,故砝码是一种可行、简单和稳定的加载方式,易于实现,得到的数据可靠。方板静态扭转法测试剪切模量虽有上述优点,但使用的应变片是一次性的,耗资,费时,对试验人员粘贴应变片技术以及测试仪器调试也有一定要求,不利于推广,发展动态法测试材料常数是一种趋势,弹性模量动态测试趋于成熟,剪切模量动态测试正在发展,并逐步在完善。

动态法测试的是频率,使用加速度计或声级计为传感器,可反复使用,因此动态法具有快速、简便、经济和重复性好的优点。传统的方板扭转振动法测试木(质)材剪切模量的方法,是先测出方板一阶扭转频率,然后用方板的一阶扭转频率测试值推算剪切模量。但其推算剪切模量的公式采用了一个与材料类型和方板宽厚比无关的固定系数0.9,这必然产生一定误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法，该方法计算木基结构板材和木材剪切模量的推算公式是依赖于材料类型和方板宽厚比的关系式,不是一个固定系数0.9,测试得到的剪切模量准确。

本发明所述的测试木基结构板材和木材剪切模量的自由方板扭转振型法，所述方板的长l、宽b、厚h；以十字交叉的两根弹性绳悬挂方板；一根弹性绳沿方板的长度方向延伸，且位于方板宽度方向的中间位置；另一根弹性绳沿方板的宽度方向延伸，且位于方板长度方向的中间位置；加速度计安装于方板上表面沿长度方向距角点3/8l处；锤击方板上表面的角点处激励方板自由振动,通过加速度计接受振动信号并转换为电信号输出,再将电信号放大、滤波后经AD转换将模拟信号变为数字信号,应用信号和系统分析软件处理，显示出加速度频谱；从频谱上读取试件的一阶扭转频率f_t；木材密度为ρ；

若方板是木基结构板材,根据下式计算剪切模量公式：

若方板是木材，且上下表面是径切面或弦切面，根据下式计算剪切模量公式：

若方板是木材，且上下表面是横切面，根据下式计算剪切模量公式：

其中，矩形截面形状因子,