补片形状对修补的杨木单板力学性能的影响

以同一批次旋切杨木单板为试验对象,设计船形、菱形、锯齿形、双圆形、蝶形5种补片(为与仿真试验进行对比,试验单板及补片的尺寸均依据相关标准及仿真尺寸进行设计),用环氧树脂胶黏剂进行粘贴,制备静态拉伸试验试件;按照国家标准GB/T 36408—2018《木结构用单板层积材》、GB/T 14017—2009《木材横纹抗拉强度实验方法》,应用济南试金WDW-300E微机控制电子式万能试验机,对5种补片每组设置的20个单板试样进行木材顺纹抗拉试验,测定补片修补单板断裂应力值、应用扫描电子显微镜观测补片修补单板断裂的微观形态。应用数值模拟方法,依据汉克森(Hankinson)失效理论,对设计的5种补片形状的修补单板仿真模型进行拉伸模拟试验,计算5种不同补片形状修补单板仿真模型的断裂失效应力值。对比实测与仿真试验结果,检验仿真的有效性,分析木质单板缺陷挖补技术中补片形状对修补的木质单板力学性能的影响及单板的断裂模式。结果表明:①5种补片中,除菱形补片外,其余单板的失效单元均沿45°方向延伸,在电镜观测下试样断裂位置显示有多处细胞壁发生断裂,这些细胞与板壁的断裂细胞壁相连形成了宏观裂缝。②在数值模拟与实测中,蝶形、菱形补片修补后单板的承载能力均较大,其失效载荷值分别为31.3、29.7 MPa;菱形、锯齿形、双圆形、蝶形4种形状的补片,比船形补片的承载能力提升了25.52%~30.18%;蝶形补片的承载能力最大且与节子形状契合度最高。③仿真与实测,差值均在12.1%以内,验证了仿真的可行性。