木纤维增强石膏基复合材料的耐水增韧改性

【目的】木纤维增强石膏基复合材料的耐水性和韧性较差,限制了其在建筑领域进一步的发展,针对此材料上述2种缺点开展木纤维增强石膏基复合材料的耐水增韧改性研究,扩展石膏基复合材料的应用领域,提高其经济效益。【方法】以硅酸盐水泥为无机改性剂、聚乙烯醇溶液(PVA)为增韧剂,探究两者协同对木纤维增强石膏基复合材料力学性能和耐水性能的影响,通过X-射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观结构进行了表征。【结果】硅酸盐水泥和PVA在复合材料中产生了协同作用,可以弥补单掺水泥强度低和单掺PVA耐水性差的缺点。复合材料抗折强度和抗压强度分别为5.56和10.01 MPa,较改性前分别提升了40%和63%,2 h吸水率和24 h吸水率分别为19.83%和20.14%,比改性前分别降低了10.17%和11.97%,软化系数提高了0.4。XRD、FT-IR、SEM结果显示水泥与石膏的水化反应产生了钙钒石和硅酸钙凝胶等水化物,水化物填充水泥石膏基体。孔结构分析结果显示,水泥和PVA的加入降低了复合材料的孔隙率,减少超大孔的出现,复合材料的耐水性和力学性能得到提升。【结论】硅酸盐水泥的加入使复合材料内部水化反应受到影响,导致复合材料的力学强度受到影响。加入PVA后的复合材料内部物质连接紧密,提高了复合材料的力学性能,但是耐水性较差。硅酸盐水泥和PVA协同能提高复合材料的力学性能和耐水性能,弥补了单掺硅酸盐水泥复合材料力学下降和单掺PVA复合材料耐水性差的缺点。

基于波峰波谷特征提取技术的檀香紫檀光谱识别

伴随着经济水平的飞速增长,人们对红木产品的需求日益增大,而檀香紫檀作为一种珍贵红木因其在精神层面上符合人们的追捧且价格昂贵,具有巨大的商业价值而被不法分子替代和假冒。为维护木材市场的秩序和消费者的利益、实现对檀香紫檀的快速无损检测以及鉴别,有必要建立一种快速、可靠的檀香紫檀木材智能识别方法。采用近红外光谱(NIR)分析技术提取檀香紫檀及其相似血檀的光谱信息,利用定性分析方法、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和误差反向传播人工神经网络(BPNN)对光谱信息建立校正模型,进而对檀香紫檀及其相似木材血檀进行识别;通过分析比较这三种模型对这两类木材识别的优缺点和识别准确率,验证该方法对檀香紫檀和血檀识别的可行性。研究发现三种判别模型均能够快速识别木材光谱图像,具有对檀香紫檀和血檀进行快速无损分类识别的能力,在选取不同图像处理方法的情况下,三种判别模型显示的结果各不相同,识别结果也存在差异。进一步分析表明,在使用BPNN模型对光谱数据进行建模时,通过预处理将原始光谱数据波长范围866~2533 nm的波峰波谷特征值作为输入,当输入层节点数为24个特征值,隐含层13个神经元时,模型的均方根误差最小,准确率达到96.43%。此外,缩短光谱范围并不会提高模型的识别率,而在三种模型中,全波段范围的BPNN模型具有最高的识别率。实验结果表明,基于人工神经网络模型结合NIR特征提取技术识别檀香紫檀木材有着较高的识别准确率,其效果相较于前人有一定的提升。该研究有利于减少人工识别的主观性,使用计算机更能够缩短识别时间,较高的准确率可以帮助维护木材市场的秩序和消费者权益。同时,这也为实现檀香紫檀智能视觉识别提供了参考,为红木产业的可持续发展提供技术支持。

振动方式测定木材弹性模量

该文介绍了振动法测定木材弹性模量的理论依据,组建了由脉冲锤、加速度计、计算机等组成的测试系统,对测试基本方法进行了试验研究.发现横向振动方式可以有效地测得木板试材的固有频率值,测定效果好;而纵向振动方式不能测得试材的固有频率值,不能作为测量木材弹性模量的方法.在横向振动测量方式中,激振点与拾振点间距离应位于试材两端部附近,两者间间距应尽量远.通过与静态测试结果比较,发现振动方式测得的弹性模量值比静态方式测得的稍大.

大花序桉木材抗弯弹性模量变异研究

用伐倒木取样,按国家标准制作试件,采用SANS型微机控制电子万能试验机测定木材抗弯弹性模量(Modu-lus of elasticity,MOE),研究了18年生大花序桉Eucalyptus cloeziana 11个种源木材MOE在种源间、单株间、树干高度上的变异情况.结果表明,大花序桉部分种源间、株间和高度间的木材MOE均有显著差异,B47种源的木材MOE最大,为26.71 GPa;12195号种源的最小,为23.50 GPa,并显著小于B47、D47和17008号这3个种源.11个种源中有7个种源的株间木材MOE差异达显著水平.各种源内树干高度间的木材MOE只有2个种源的高度间差异显著;各种源木材MOE沿树干高度的变化趋势有2种:有7个种源随树干高度的增加而增大,另4个种源沿树干高度呈先上升后下降的趋势.

应力波技术检测古建筑木构件残余弹性模量的初步研究

采用无损检测技术对古建筑木结构安全进行定量评价,对古建筑木结构维修和保护具有重要的现实意义。采用应力波测定仪FAKOPP对塔尔寺大金瓦殿的脊檩、檩、梁、承椽檩、房椽等五种木构件的动弹性模量进行了测定,结果表明:应力波无损检测可以有效的测定残余木构件的力学强度,不同种类木构件弹性模量保持率与其承重作用大小相关。

预应力配筋胶合木梁受弯性能试验

为改善普通胶合木梁受弯时挠度过大以及木材抗压强度和钢筋抗拉强度的利用不充分等缺点,提出一种新型预应力配筋胶合木梁构件。通过3组预应力配筋胶合木梁、1组普通配筋胶合木梁、1组普通胶合木梁的受弯试验,分析了普通胶合木梁、配筋胶合木梁、不同预应力水平的预应力配筋胶合木梁的受弯性能。结果表明：预应力配筋胶合木梁与普通胶合木梁相比,受弯极限承载力提高31.3%～64.4%、抗弯刚度约提高33.33%。配筋数量相同时,随着预加力的增大,构件的极限承载力提高,而抗弯刚度基本不变。配筋适量、预加力适度时,预应力配筋胶合木梁可以更好的利用木材抗压强度和钢筋抗拉强度,有效的减小梁的挠度变形,破坏时表现出较为明显的塑性破坏特征。

木材横纹理断裂及强度准则

以杉木为研究对象从宏观和微观上研究了木材横纹断裂的性质 ,并阐述了木材的强韧机理。研究表明 :木材横纹I型裂纹扩展方式是先沿纤维开裂伸展 ,然后再沿横截面作韧性断裂 ,其扩展过程分线性、稳定和非稳定 3个阶段 ;顺纹启裂时的断裂韧性与试件尺寸无关 ,是木材的固有属性 ;木材因其多胞及纤维增强的多层胞壁结构 ,而具有很强的抗横断韧性 ,不会因裂尖应力奇异性而发生低工作应力破坏 ,故在对含横纹理裂纹的木构件作安全设计时 ,建议仍采用传统的强度准则 ,考虑净尺寸上的常规强度即可。

柔度法标定木材断裂韧性的研究

本文应用柔度法测定了杉木的断裂韧性。研究表明 :( 1 )柔度法是一种有效可行的实验标定方法 ;选用指数函数C =αexp( βa w)能够很好地表达柔度与裂纹长度间的关系。 ( 2 )本次实验测定的杉木断裂韧性KTLIC =4 82 5MPa·mm1 2 。

榆木顺纹压缩弯曲技术

木材从力学角度上看是一种粘弹性材料 ,从结构上看又是一种多孔材料 ,木材的这个特性 ,可以使其进行简单的弯曲 ,但是要获得较小的弯曲曲率半径 ,首先应强化木材软化机理的研究 ,增大木材的塑性 ;其次研究木材软化处理后的顺纹压缩机理和压缩技术 ,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褶皱 ,木材在弯曲力矩的作用下 ,弯曲时的受压面形成褶皱 ,受拉面形成展皱 ,在允许的形变范围内获得较小的弯曲曲率半径。本文研究结果表明 ,试件尺寸为 2 80mm× 1 6 5mm× 1 6 6mm时 ,经过水热软化处理后 ,顺纹压缩率达到 2 4 % ,试件回弹后的长度最小为 2 6 1 74mm时 ,弯曲的曲率半径最小为 4 2 5mm ,测试的试件平均值为 5 6 94mm。

玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能的影响

在普通胶合木梁上粘贴玄武岩纤维复合材料,经抗弯试验,检测不同层数玄武岩纤维布和玄武岩纤维板对胶合木梁的增强效果。结果表明：玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能有很好的增强效果;与未增强的胶合木梁相比,受弯极限承载力提高幅度为20.88%~111.25%,抗弯刚度提高幅度为18.7%~27.6%,延性系数提高幅度为23.0%~74.3%。对于玄武岩纤维复合材料配量适中的增强胶合木梁,在受拉区层板破坏的同时,受压区层板出现压屈褶皱,木材抗压强度得到比较充分的发挥,破坏时表现出明显的塑性破坏特征。玄武岩纤维复合材料的存在,能有效降低木材缺陷对胶合木梁受弯性能的不良影响。

水热-微波软化处理对水曲柳弯曲的影响

采用水热-微波处理方法对水曲柳幼龄材和成熟材进行软化处理,通过顺纹压缩率、单维和多维弯曲最小曲率半径表征木材软化效果。以XRD,FTIR等方法测定木材表面组成、结晶度变化,分析软化处理对木材顺纹压缩和弯曲曲率的影响。结果表明:水热-微波处理可显著增强木材的软化性能,使木材表面羟基数量显著增加,非结晶区微纤丝趋于有序,相对结晶度提高,结晶区表面微纤丝羟基裸露,氢键键合增强,结晶区宽度增加。当水煮处理时间为140～150min、微波处理时间为350s时,试材顺纹压缩率最大,单维和多维弯曲时的曲率半径最小。

白桦材12个弹性常数的研究

该文结合木材的正交各向异性特征论述了木材的柔度系数与其工程弹性常数的关系 ,并采用电测法测试了白桦木材的 1 2个弹性常数 .试验结果表明 ,木材作为多孔性材料 ,粘贴应变片时 ,涂胶量不能过多或过少 .涂胶量过多则胶层太厚影响应变片性能 ;过少则粘贴不牢 ,不能准确传递应变 .木材作为正交各向异性材料 ,弹性常数间存在一定的相互联系 ,满足马克斯韦尔定理 ,该试验测定的试验数据基本满足这些联系 .从数据结果的检测来看 ,白桦弹性常数的测量是准确可靠的 ,证明电测法这一测试手段可行 .就剪切弹性模量的测试结果看 ,抗弯弹性模量的倒数与高和跨度之比的平方的线性回归相关系数较高 ,均大于 0 95 .

木材弹性模量自动检测的研究进展

论述了国内外木材弹性模量动态检测技术的研究现状与发展趋势 ,为今后国内发展木材力学性能的无损检测研究 。

速生杨木单板横纹弹性模量预测模型

建立速生杨木单板横纹弹性性能的预测模型,利用该模型分析了速生杨木单板在受压和不同含胶量情况下的横纹弹性模量。考虑到木材密度、单板裂隙度和涂胶量等的影响,按照复合材料原理模型,分别在涂胶量体积大于单板裂隙体积、涂胶量体积小于单板裂隙体积和涂胶量体积为零条件下,探讨了单板横纹弹性模量模型。结果表明:当涂胶量体积大于单板裂隙体积时,预测值和试验值之间相对误差小于15%。

木材蠕变特性常数化研究方法探讨

为了探讨确定木材蠕变特性的常数的方法 ,用应变测试方法代替相关文献的挠度测试方法对试件进行试验 .结果获得木材稳定蠕变阶段内的木材蠕变曲线 ,测取 3个常数 :J0 、η0 、∑Ji 即足以说明材料的蠕变特性 .简化了实验 。

数字散斑面内相关法测量木材抗压弹性模量

Elastic modulus of the 17 and 50 loblolly clones were measured by DSCM . The result showed E L, E T and E R of the 17 loblolly clone were 6 110, 1 207, 1 576 MPa, respectively. Those of the 50 loblolly clone, however, were 5 965, 1 308, 1 606 MPa, respectively. In addition, the method of DSCM for the compression elastic modulus of loblolly was right and proved by resistance strain gages. The error was 1%～7%. DSCM have some virtues, such as simple optical setup, convenient measurement, etc.

大型运输容器减震用改性木材的研制

为了筛选大型运输容器减震器用木材,对泡桐、柳杉、杨木、落叶松、杉木等多种人工林木材进行了大变形抗压测试及减震性能分析。结果表明:仅密度达0.4 g/cm3的杉木,能满足大型运输容器减震材料要求,其资源极其有限;通过对低密度人工林杉木进行树脂浸渍增强改性,提高其减震性能,使其能满足大型运输容器减震材料要求,从而可充分利用人工林杉木资源。

水热-微波处理对榆木软化和顺纹压缩及弯曲的影响

采用水热-微波处理方法对榆木成熟材进行软化处理,通过顺纹压缩率、单维和多维弯曲最小曲率半径表征木材软化效果;以XRD,FTIR等方法测定木材表面组成、结晶度变化,分析软化处理对木材顺纹压缩的影响。结果表明:水热-微波处理可显著增强木材的软化性能,处理后木材中的抽提物几乎完全抽出(1.73%～0.47%),半纤维素发生明显降解,使木质素相对含量得到增加,木材表面羟基数量显著增加;非结晶区微纤丝趋于有序,相对结晶度提高,结晶区表面微纤丝羟基裸露,氢键键合增强,结晶区宽度增加。当采用处理方案为B时,顺纹压缩率最大,单维和多维弯曲时的曲率半径最小。较高的结晶度和适宜的羟基数量是试样B表现出较高软化性能的主要原因。

3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态研究

【目的】研究完全自由、四节点支承和两对边简支3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态,为开展3种边界条件下足尺定向刨花板弹性常数振动检测结果的对比研究奠定基础。【方法】以4种厚度的足尺定向刨花板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphysics对完全自由、四节点支承和两对边简支的足尺定向刨花板进行了模态灵敏度分析,分别确定这3种边界条件下对其长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量这3个弹性常数灵敏度最高的模态;通过试验模态分析测得足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶振动模态参数,并对比和分析其在这3种边界条件下的振动模态参数检测结果。【结果】计算和试验模态分析得到的这3种边界条件下足尺定向刨花板的前9阶模态振型形状和阶次分别是相同的;足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶模态中,除模态(m,0)、(0,2)和(1,1)外,其余模态均为单一方向的弯曲和扭转或不同方向弯曲的叠加模态;用于计算足尺定向刨花板长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量的最高灵敏度模态,在完全自由下为模态(2,0)、(0,2)和(1,1),对应阶次分别为第2、4和1阶;在四节点支承下为模态(2,0)、(0,2)和(2,1),对应阶次分别为第1、4和3阶;在两对边简支下为模态(2,0)、(2,2)和(2,1),对应阶次分别为第1、5和2阶。【结论】从振型角度说明基于计算模态分析方法和试验模态分析方法分别进行3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度分析和振动模态测试具有可行性。

红锥3向弹性常数研究

通过实验获得红锥的3向(纵向、弦向、径向)弹性模量和3向泊松比,以掌握红锥的弹性形变特性,为进一步研究红锥的物理力学性质及为木结构设计提供依据。以电阻应变片为变形传感器,采用单轴压缩并通过电阻应变仪进行应变测量,由材料力学方法获得红锥的3向弹性模量和3向泊松比。实验结果表明,红锥在3个主方向的弹性模量分别为EL=9352MPa、ET=573MPa、ER=1727MPa,3个主方向上的泊松比分别为μLT=0.616、μLR=0.457、μTL=0.038,μTR=0.282、μRT=0.785、μRL=0.067。红锥的弹性模量纵向(L向)最大,径向(R向)次之,弦向(T向)最小,泊松比则弦向最大,径向次之,纵向最小。