竹材或速生木材及其复合结构的压痕表征

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hahaho520
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压痕法表征材料的性能具有简单、方便、可局部测量等优点,起源于材料硬度测试技术,发展至今分为纳观压痕法、微观压痕法和宏观压痕法。本课题在接触力学、弹塑性力学和木质材料黏弹性理论的指导下,借鉴木材硬度试验方法,采用宏观压痕的方式,研究了竹材及速生木材承受球型压入荷载与时间的关系,分析了压痕蠕变机理,对竹材、速生木材及其复合结构胶层部位的压痕特性进行了表征。研究结果表明:选取1600N为基准荷载,取其20%、40%、60%三个水平进行压痕蠕变试验,竹材端面的压痕蠕变小于径面,压痕蠕变曲线均由快速变形阶段和平缓增加的变形阶段组成,以Burgers模型对压痕蠕变曲线模拟的拟合度在0.64~0.80之间。在60%压入荷载水平下的压痕经SEM观察,受到沿球型压头圆周向的拉应力和径向的压应力,竹材端面产生细胞腔和细胞间隙的压缩,压痕面出现纤维间的滑移以及维管束和基本组织之间的撕裂,竹材径面出现纤维长度方向的断裂。竹材的顺纹拉伸蠕变和端面压痕蠕变的蠕变应力指数分别为1.36和1.47,有很好的一致性,屏蔽60%压入荷载水平下的压痕蠕变数据的拟合度均在0.97以上。竹层积材的胶层部位和竹材本体在恒定的压入荷载下的压痕蠕变,均随荷载水平的增加而增加,蠕变速率亦无明显差异。分阶段压入不同的荷载,后阶段的压痕位移变小、荷载保持阶段的蠕变速率变慢,压痕功减小,弹性变形功不变,前阶段荷载越大,对后阶段的影响越大。在杨木/杨木、杨木/刺槐、刺槐/刺槐复合结构中,刺槐间的胶层剪切强度显著大于杨木间的胶层剪切强度;杨木/刺槐复合结构的胶层剪切强度差异不显著,均小于刺槐间和杨木间的胶层剪切强度。经SEM观测,相同胶合压力下杨木/杨木、杨木/刺槐胶层部位的胶黏剂对杨木和刺槐的渗透不同。ANSYS模拟的在球型压头下的杨木、刺槐的应力、应变云图表明,杨木、刺槐结合部位的应力、应变在压痕试验下是非对称的,可以间接反映胶层的强度。胶合压力对杨木/刺槐复合结构在压入荷载460N条件下的压痕蠕变有显著影响,胶合压力大,则压痕蠕变小;杨木间和刺槐间的压痕蠕变差异不显著,压入荷载240N条件下杨木/刺槐复合结构的压痕蠕变差异不显著。杨木/刺槐复合结构胶层部位的塑性变形功与压痕功比值介于杨木间和刺槐间的胶合部位,胶层的存在增强了杨木抵抗塑性变形的能力而对刺槐的增强作用则不明显。
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