动态测试木材的泊松比

【目的】根据悬臂板一阶弯曲振形给出动态测试木材泊松比的方法,测试西加云杉木材试件径切板顺纹、横纹的泊松比和横切面横纹试件的泊松比;对西加云杉木材试件的测试结果,分析用悬臂板试件测量一阶弯曲频率,代入到悬臂梁的公式推算出弹性模量的精度;同时用低碳钢板的动态测试试验来验证动态测试木材泊松比方法的正确性,为在木建筑、家具、木材加工等行业中对木材力学性能测定研究工作提供借鉴。【方法】根据动力学原理,利用YD-28A型四通道动态电阻应变计和CRAS振动及动态信号采集分析系统等测试仪器,以敲击方式激励悬臂西加云杉木材、低碳钢试件的自由振动,通过滤波处理保留其基频振动,记录并显示基频振动的横向应变和纵向应变的衰减振波曲线,并从同一时刻的横向应变峰值与纵向应变峰值比值得泊松比。【结果】横向应变振波曲线的正（负）峰值对应于纵向应变振波曲线的负（正）峰值,说明横向应变振波曲线与纵向应变振波曲线的相位差为180°或横向应变与纵向应变是反向的;通过低碳钢板验证试验,从其振波曲线第一通道和第二通道读出峰峰值,计算它们的比值后取平均值,得低碳钢泊松比的测量值μ=0.28,符合其规范值为0.25-0.28的要求;西加云杉木材的径切面顺纹泊松比μLR与径切面横纹泊松比μRL测量值之比为10.6,即径切面顺纹泊松比比径切面横纹泊松比大一个数量级;用悬臂梁公式推算的弹性模量值比实际弹性模量值偏小0.7%。【结论】根据悬臂板的一阶弯曲振形测试泊松比的动态方法是行之有效的,具有快速、简便、精度高的优点;西加云杉试件的径切面顺纹泊松比比径切面横纹泊松比大一个数量级,体现了木材的各向异性;用悬臂板云杉试件测得的一阶固有频率,代入到悬臂梁理论公式推算的弹性模量值具有足够精度。

动态测试材料泊松比的方法

为了给出适用于各向同性材料和准各向同性材料的动态测试泊松比的方法,应用ANSYS程序计算长宽比为3~6、宽厚比为5~20的低碳钢、铝和玻璃等材质的悬臂板在一阶弯曲模态下的应力和应变。通过对其悬臂板在一阶弯曲模态下的应力、应变分析和平面应力状态下的应力-应变关系,得到了板内横向应力等于零的位置,即为动态测试材料泊松比应变花的粘贴位置;动态测定了钢、轧制铝和轧制纯铜等各向同性材料以及中密度纤维板(MDF)等准各向同性材料的泊松比。主要结论表明:悬臂板在自由端的中点受集中力作用下,悬臂板内也存在横向应力等于零的位置。该位置的横向静应变与纵向静应变比值的绝对值等于材料泊松比。动态测试泊松比的应变花粘贴位置依赖于悬臂板的宽长比和厚宽比;动态测定泊松比的应变花粘贴位置依赖于悬臂板宽长比和厚宽比表达式的正确性得到轴向拉伸试验和悬臂静态弯曲试验的验证。本研究中测试材料泊松比方法适用于各向同性材料和准各向同性材料。