梯度含水狀態對木材物理力學性能的影響研究_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 度狀態）測得的 E；在解吸過程中，隨著時間的增加 E 也逐漸的增加，直到平衡達到最大。該研究也驗證了前人的 結論 ，隨著名義含水率的提高直至達平衡含水率（即梯度的消失）， E 呈線性下降之勢 [1415]。 Takahashi （ 2020 年）在研究中得出低濕的吸濕過程中，隨著名義含水率的增加 MOE 先降低后增加，但均低于平衡含水狀態下的 MOE；在高濕的吸濕過程中，隨著含水率的增加， MOE 不斷下降直至不變，基本等于平衡狀態下的 MOE；在解吸過程中，隨著含水率的降低， MOE 逐漸增大，但均低于平衡含水狀態下的 MOE [16,17]。 木材處在由水分狀態引起的不穩定狀態時，無論吸濕還是解吸過程，其 MOE、MOR 都低于平衡含水狀態下 [16,17]。雖然 、 Takahashi 都觀察到了這種現象，但沒有獲得梯度差（含水狀態變化過程）與材料 E、強度變化之間的關系。 綜合前人 研究 ，我們可以概括為： 在纖維飽和點以下，經過吸濕解吸一個回合后力學性能及材料尺寸的變化；材料內的水分分布狀態不同對材料的 MOE 影響不同 梯度含水狀態對木質材料物理力學性能影響的研究 4 發展趨勢 結構用木質材料受水影響后性能變化直接決定著 其承載能力的設計和應用，關系著木質結構用材的安全與穩定。水分尤其是其中水分的梯度 分布 狀態對其的影響將會 繼續 受到人們的關注。發展趨勢將會集中 于：水分對木質材料物理力學性能影響的定量化分析及在此基礎上構建數理模型以解決實際問題，獲得科學或工程相關的實用計算方法計算結果，為工程應用服務。 本研究的主要內容 根據以上分析，本文的研究內容如下： 1）梯度含水 狀態 對木質材料截面尺寸的影響 2）梯度含水 狀態 對木質材料靜曲 MOE 的影響 3）梯度含水狀態下水分和截面尺寸對靜曲 MOE 的綜合影響 本研究的目的與意義 外界環境的多變造成木材中水分的動態變化，以至于木材總是處于一種 梯度含水狀態 ，這種狀態可能會使木材的力學性能發生不小的變化，影響正常的使用。因此， 本文通過試驗 和理論物理力學 分析 梯度含水狀態和平衡含水狀態下木質材料的性能的差異，并在此基礎上分析其誘因， 為木質 工程 材料的 設計、制造和應用提供理論 依據 。2 材料與方法 5 2 材料與方法 材料 原材料 意楊酚醛樹脂單板層積材（簡稱： PPFLVL）：氣干密度為 470kg/m3，氣干含水率為 %，順紋抗拉彈性模量為 9,244MPa，山東壽光富士木業有限公司生產； 云南松實木（簡稱： YPSW）：拉丁名： Pinus yunnanensis，氣干密度 600kg/m3，氣干含水率為 %，順紋拉伸彈性模量 15,651MPa； 意楊 實木（簡稱： PSW）：拉丁名： Populus euramevicana， 氣干密度 ，氣干含水率為 %，順紋拉伸彈性模量 11,299MPa。 試件規格及數量 表 三種試件的規格及數量 The size and number of three kinds of materials 材料 測量指標 表層處理 試件尺寸 試件數量（條） 預檢數量 （條） 長（ mm） 寬（ mm） 厚（ mm） YPSW 彎曲 MOE 封邊 480 20 20 6 3 剖面密度 封邊 50 50 20 6 3 PSW 彎曲 MOE 封邊 480 20 20 6 3 剖面密度 封邊 50 50 20 6 3 PPFLVL 彎曲 MOE 封邊 480 20 20 6 3 剖面密度 封邊 50 50 20 6 3 試件編號 實驗 材料的 編號規則 ： ―測試指標 材質號 梯度號 樣本號 ‖，梯度號 ―2‖為大梯度組，如： EL21，表示測試彎曲 E 的 PPFLVL 試件大梯度的 1 號試件。 試驗變量和水平設置 試驗常量設計 基本性能（取材）的一致性 ： 選材時試件的密度和彈性模量 應 相近，增濕、干縮環境一致， 測試方法及操作規程 均需 一致。 梯度含水狀態對木質材料物理力學性能影響的研究 6 試驗變量及水平設置 1）均恒含水率對 木質材料靜曲 MOE 的影響試驗 取單因素試驗法。 變量為均恒含水率（ UMC）； UMC 通過取得對應的 EMC 試件和對 EMC 試件進行封裹獲得，因此以相應的 EMC 為替代指標，取四個水平： EMCRH42%、 EMCRH65%、EMCRH75%、 EMCRH85%；相應的操作指標為恒溫恒濕箱的相對濕度（簡稱： RH）控制指標： RH42%、 RH65%、 RH75%、 RH85%，其 20℃下 對應的空氣中的含水量分別為 %、 %、 %、 %。 2）含水狀態對 木質材料靜曲 MOE 的影響試驗 （ 1）均恒含水狀態的均恒含水率 UMC（以平衡含水率 EMC 替代），取兩個水平： EMCRH65%， EMCRH75%（來自于均恒含水率對 IB 關鍵靜曲性能的影響試驗）。 （ 2）外濕里干（吸濕）型梯度含水狀態，取兩個水平：大梯度狀態，小梯度狀態，分別以與 EMCRH65%、 EMCRH75%含水量相當的 NMC1（ =EMCRH65%）、 NMC2（ =EMC %）所對應的計算質量為操作、控制指標。 具體取值如表 22。 表 22 木質材料 NMC 的水平設計 Tab22 Setup levels of wood materials’ NMC 指標 YPSW PSW PPFLVL 初始 EMC（ %） 吸濕過程環境 RH（ %） NMC1(=RH65%時 ) EMC（ %） 預期質量（ g） 381 NMC2(=%時 ) EMC（ %） 預期質量（ g） 388 388 3）吸著方向：吸濕。 衡量指標 1） 翼緣材料的尺寸：厚度 hf和寬度 bf 2） 靜曲 MOE； 測試方法和依據 彎曲彈性模量測試方法 彎曲彈性模量采用 美國標準 ASTM D 476102a―Standard Test Methods for 2 材料與方法 7 Mechanical Properties of Lumber and WoodBase StructuralMaterial1‖執行，采用三點彎曲加載，加載速度為 4mm/min，分別測試每一試件（達各水平 EMC 平衡含水率時）的 靜曲 MOE， 操作 如圖 所示 ： 圖 木質梁靜曲 E 測試方法示意圖 Figure The testing of E of wood beams 尺寸測試方法 1）試件尺寸測量點的標記 在圖 中 ，在厚度方向上與試件輪廓線相交成 45176。角的斜線為試件寬度測量位置，在寬度方向上的 45176。線為試件厚度測量位置，尺寸測量后備點預設在固定點靠近試件中心一側 10mm 處（考慮到第一測量點位置可能會發生明顯的鼓包、變形等破壞，以免影響到測量精度）。 2）試件尺寸的測量方法 測試方法按 GB/T 176571999 人造板及飾面人造板理化性能試驗方法執行，尺寸精確在177。 以內，每次測量嚴格按同一操作規程， 同一 操作手法 執行。 如圖 所示 圖 試件寬度和厚度測量點 Figure The Measuring points of specimens Fig25 Measuring points of the thickness and width of the specimen 20mm 厚度 寬度 梯度含水狀態對木質材料物理力學性能影響的研究 8 剖面密度測試方法 試件剖面密度 的 測試過程嚴格按 照 剖面密度儀的測試要求進行 。 掃描 前 應 首先打開射線管，預熱 1h 左右， 已達到最佳掃描效果，試件尺寸及掃 描方向 如圖 。 試驗設備 1）島津 AG1 型 5 噸萬能力學試驗機和三思 CMT5504 型 5 噸萬能力學試驗機各一臺 ，精度 1N； 2） BinderKMF720 型恒溫恒濕箱一臺，主要技術指標：溫控精度 177。 ℃，濕控精度 177。 2%； 3）格雷康 DAX300 型剖面密度儀一臺 ， 主要技術 指標： X 射線強度 30eKV； 4）上海產 DHG9240A 型電熱恒溫鼓風干燥箱一臺，溫度精度177。 2℃； 5） DJ500J 型小量程電子天平一臺，量程 500g，精度 177。 ； 6）尺寸量具： 5m 卷尺一把；電子數顯游標卡尺 0300mm 兩把；角尺一把； 7）箱內環境溫、濕度監控設備： 帶存儲功能的溫濕度監控儀一臺 ， 型號 為 Testo174H，主要技術指標：溫控精度 177。 1℃，濕控精度 177。 3%； 不帶存儲功能的箱內環境監控儀一臺，型號 為 testo608H2，主要技術指標：溫圖 試件厚度和寬度測量方法 Figure Test method of sample’s thickness and width 圖 試件尺寸和掃描方向 Figure Size and scan direction of sample X射線入射方向 試件厚度掃描方向 20mm 50mm 50mm 2 材料與方法 9 控精度 177。 1℃，濕控精度 177。 3%； 試驗操作方法 1） 首先挑選試件， 用錫箔紙封堵翼緣材料端