无损检测足尺人造板弹性模量和面内剪切模量

【目的】研究足尺人造板沿长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量的快速和在线无损检测。提出了一种基于横向自由振动的方法,即通过测量在四节点支承下足尺人造板自由振动时沿长度方向的一阶弯曲、沿宽度方向的一阶弯曲和扭转的3个频率以及板材的密度,来检测其沿长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量。【方法】利用试验模态分析方法,对3种厚度中密度纤维板和2种厚度胶合板的足尺人造板进行了模态试验,获得了四节点支承下足尺人造板自由振动前9阶模态的频率和振型,同时也进行了力学性能检测试验,并对测量结果进行了重复性分析。【结果】中密度纤维板和胶合板第1和第7阶的振型都分别是沿长度方向的一阶弯曲和沿宽度方向的一阶弯曲,中密度纤维板第5阶的振型是扭转,胶合板第4阶的振型是扭转,同时该检测方法测量结果的重复性很好。【结论】基于横向自由振动理论测定四节点支承下足尺人造板沿长度和宽度方向的弹性模量以及面内剪切模量是可行的。     

薄板自由振动的边界元法解析

从薄板自由振动的微分方程式出发，依据弹性薄板理论和振动理论，运用边界元法(BEM)研究了薄板横向自由振动的动态特性。计算中采用薄板横向振动问题的基本解，推导了均匀、各向同性薄板的边界特性方程，应用频率扫描的方法求解其固有频率。算例表明采用本文的方法计算简便，具有足够的解析精度。     

用共振法研究硬质纤维板的力学性质

<正>弹性模量是衡量一变形体力学性质的重要指标。目前国内对木材和木质材料性质研究仅限于静态测试,对硬质纤维板一类木质材料研究甚少。近几年内已开始对木材动态性能进行研究和测试,但是至今缺少供工程设计使用的木质材料动弹性模量的实验数据。 本文对硬质纤维板不同方向动态弹性模量E_D的规律进行了研究和探讨,认为“纤维板各向同性”的说明值得商榷。并说明动态共振法是一种简便易行、快速、准确、无损检测的有效测试手段之一,可广泛用于胶合板,层积材、刨花板以及木材等动态弹性模量E_D的测定。     

考虑频变特性的约束阻尼结构建模与试验研究

为了提高黏弹性约束阻尼结构模型仿真精度,提出一种考虑频变特性的约束阻尼结构建模方法,并开展了试验验证.首先,对ZN-3黏弹性材料进行动态试验测试,基于最小二乘法获取黏弹性材料模量和损耗因子表达式;其次,根据ZN-3黏弹性材料损耗因子关系表达式,基于考虑频变特性的修正模态应变能法,求解了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子;最后,以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂约束阻尼薄板为例,从理论与试验两方面校验,结果表明,考虑频变特性的约束阻尼结构有限元模型具有较高精度,与试验测试结果比较误差在5%以内,验证了建模方法的准确性.     

基础激励下黏弹性阻尼复合薄板的振动响应有限元分析

为了更好地研究黏弹性阻尼的减振特性,亟需建立黏弹性阻尼复合结构的动力学分析模型并进行振动响应分析.本文以基础激励作用下的悬臂板为例,研究采用有限元获得黏弹性阻尼复合板振动响应的方法.首先,建立了基础激励作用下黏弹性阻尼复合板的有限元方程,推导了复合结构刚度矩阵、质量矩阵的求解公式;然后,描述了黏弹性复合结构振动响应的求解方法;最后,以一个基体材料为Ti-6Al-4V,阻尼材料为ZN-1的复合悬臂板为例,进行了实例研究,分别用本文方法和ANSYS软件求解了黏弹性阻尼复合板的频域响应.结果表明,采用两种方式获得的频域响应的结果基本一致,验证了所开发的黏弹性复合板有限元分析程序的正确性.上述研究为基于黏弹性材料频率依赖性,分析复合结构的振动响应特性提供了参考.     

短轴向剪切加载模式下超大型黏弹阻尼墙力学性能试验

为了提高黏弹性阻尼装置温度相关性的准确度、最大阻尼力和力学性能,首先开展了黏弹性材料的温度扫描试验,然后设计了一种新式阻尼装置试验方法,即短轴向剪切加载模式方法,采用该试验方法对新型"5+4"式超大型黏弹性阻尼墙构件进行了力学性能试验.试验给出了黏弹性材料的tanδ-T,G'-T,G″-T曲线、黏弹性阻尼墙构件力-位移滞回曲线以及力学性能参数(最大阻尼力、损耗因子、等效阻尼系数、存储刚度、损耗刚度、剪切损耗模量、剪切储能模量等)的频率相关性和位移幅值相关性等.结果表明:黏弹性阻尼墙损耗因子峰值(0.77)与由黏弹性材料温度扫描试验得出的损耗因子峰值(0.79)只有微小差别,说明所设计的"5+4"黏弹性阻尼墙构件在短轴向剪切加载模式下可以很好发挥黏弹性阻尼材料的阻尼性能.     

基于薄板理论的六维力传感器E型膜横向扭转振动分析

六维力传感器动态解耦的关键是对解耦矩阵c的求解,常见的方法是基于弹性力学理论对传感器的弹性结构建立力学模型,通过对弹性体动态力学行为的研究,揭示动态耦合特征,求解解耦矩阵．本文以M,方向动载荷作用下传感器的上、下E型膜研究对象,基于弹性力学薄板振动理论,对非对称动载荷作用下的圆环形薄板的横向强迫振动问题提出了一种新颖的解决方法,求解出动态输出,并对结果进行数据处理,揭示了帆主方向弹性体的动态力学特性,为动态解耦提供了理论和数据基础．     

非均质地基弹性薄板分析的Green函数法

本文对非均质地基弹性薄板的静力、自由振动和动态响应进行了详细的研究。在静力和动力分析中统一应用薄板静力弯曲的奇性控制方程的基本解作为其 Green 函数,避免应用复杂的动力问题基本解,使动力分析大为简化。本方法是一种特殊的边界元法。它不须计算奇异积分,能分析具有任意边界形状和任意边界条件的非均质地基弹性薄板,还能方便地分析单点或多点支承板以及连续板。算例表明本方法兼具计算量小而精度高等优点。     

六维力传感器弹性体自由振动分析

随着动力载荷的增多,关于传感器动态性能的研究显得越来越重要,而自由振动是传感器振动问题的基础,本文主要分析六维力传感器弹性体的自由振动.文章思路为将传感器整体分解为几个独立的弹性体(矩形薄板和圆环薄板)分别进行研究.文中采用瑞利-里兹法和分离变量法对矩形薄板的自由振动进行理论分析,得到其固有频率及振型的近似解.根据Bessel方程及Bessel函数的性质,求解圆环薄板的自由振动.采用MATLAB软件对求得的解析结果进行仿真,仿真结果与实际振动情况相符合.     

用功的互等定理求解三角形板的固有频率

针对具有复杂边界条件的板的弯曲和振动问题,利用薄板自由振动微分方程与薄板弹性曲面微分方程在形式上和力学上的相似性,基于虚功原理,将薄板振动问题的惯性力视为薄板弯曲问题的横向载荷,将功的互等定理用于求解动力学问题,得到薄板固有频率公式.通过设定合适的振型函数,用功的互等定理、映像法和叠加法,求出简支等腰直角三角形板和等边三角形板的固有频率.采用静力学方法和功的互等定理求解动力学问题很容易得到推广.该方法非常简单,精度较高,是求解结构固有频率的一种好方法.     

几种测量木材弹性模量及内耗的方法比较

用共振法、衰减法和声速法测定了五种木材试样的动态弹性模量和内耗,并分别与常规方法测得的静曲模量相比较,明确了各种方法之间是等价的。对推广这些方法于木材力学的研究有一定意义。     

引发剂对硅烷化杨木单板/聚乙烯薄膜 复合材料性能的影响

为分析引发剂对硅烷偶联剂的协同效应,以高密度聚乙烯(HDPE)薄膜为胶黏剂,乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和引发剂过氧化二异丙苯(DCP)为杨木单板的改性剂,制备硅烷化杨木单板/HDPE薄膜复合材料。分别采用力学试验机、动态力学分析仪(DMA)和冷场发射扫描电子显微镜分析引发剂DCP用量(0、0.05%、0.10%、0.15%)对复合材料物理力学性能的影响。结果表明:在引发剂DCP的诱导下,硅烷化杨木单板与HDPE薄膜发生了化学交联反应,形成了优良的胶接结构,硅烷化杨木单板/HDPE薄膜复合材料的力学性能、耐水性能和耐高温破坏性能都显著增强。当引发剂DCP添加量达到0.15%时,复合材料的胶合强度、木破率、静曲强度和弹性模量值分别由1.02 MPa、2%、60.10 MPa、5 102 MPa增加至2.07 MPa、95%、77.20 MPa、6 822 MPa; 吸水率和吸水厚度膨胀率分别由77.80%和5.79%降低至53.75%和4.09%。DMA结果显示,复合材料的耐高温破坏能力随DCP添加量的增加而改善,当DCP用量由0增至0.15%时,复合材料在130 ℃时的储能模量保留率由44.19%提高到88.34%,胶接界面层失效的温度点从147 ℃提高至197 ℃。     

熔丝加工成型薄板的动力学特性及响应

通过熔丝加工成型(fused filament fabrication,FFF)理论与实验相结合,研究了悬臂边界条件下FFF薄板的固有特性和振动响应.首先,针对FFF薄板的分层和正交各向异性等特点,基于正交多项式法对其进行理论建模.然后,通过Ritz法获取FFF薄板的固有特性,再利用频域振动方程解析研究薄板内任意一点的振动响应.最后,以聚乳酸(PLA)FFF薄板为例,实验研究了其固有特性和动态响应,以分析验证理论模型的正确性.结果表明:本文建立的FFF薄板理论模型,能够准确预测出薄板的固有特性和动态响应结果,理论模型可靠.     

阻燃改性木粉/聚苯乙烯复合装饰材料的性能

以含聚磷酸铵（APP）阻燃剂的木粉增强体制备复合材料。利用热重分析测试、极限氧指数测试、衰减全反射红外光谱分析、力学性能测试研究了阻燃改性复合材料对木粉/聚苯乙烯(PS)复合材料的阻燃性能和力学性能的影响。结果表明：相比未改性的木粉/聚苯乙烯复合材料,用APP改性木粉/聚苯乙烯复合材料改善了木塑复合材料的耐热性和阻燃性。当添加5%-20%APP含量时,最大热损失速率由13.02%·min-1降低到11.63%·min-1,热降解性能提高;成炭率和LOI值提高,阻燃性能增强。但是与未添加APP的复合材料相比,添加20%APP时,抗弯强度由71.3MPa降低到54.2MPa, 降低了24%; 拉伸强度从35.3MPa降低到24.8MPa, 降低了30%,APP的加入使复合材料的力学性能降低。     

杨木木粉/聚乳酸复合材料的制备及其在3D打印上的应用

 以熔融沉积增材制造技术为依据,研究了聚乳酸与杨木木粉熔融复合混合工艺,探索了原料混合比例、挤出条件等,并对挤出的复合材料进行了力学性能和微观性能检测。结果表明,杨木木粉添加量对复合材料有显著性影响,随着木粉添加量的增加,复合材料力学性能降低,当普通杨木粉原料添加量为40%时,弯曲强度降低30.3%,拉伸强度降低26.4%,冲击强度降低82.2%;当特殊杨木粉原料添加量为40%时,弯曲强度降低14.5%,拉伸强度降低22.9%,冲击强度降低72.9%;从材料的流变性能可见,添加杨木木粉后,弹性模量和损耗模量均增加,并且与木粉的添加量呈现正相关;复合材料流体的黏度降低,表明添加木粉后,复合材料的流动性变差,流体阻力增大;应用DSC检测复合材料时发现,复合材料基体的玻璃化转变温度、结晶温度和熔融温度与聚乳酸单体相比没有改变,加入木粉后只改变了熔体的流动性,对熔点没有影响;通过SEM观察,无论原料为何种比例,聚乳酸与木粉结合均比较紧密,混合也很均匀;同时傅里叶变换红外光谱显示,各主要基团没有变化。     

层状周期压电复合材料的动态有效性质分析

基于细观力学的均匀化理论,对层状周期压电复合材料进行均匀化处理。推导了布洛赫波下层状周期压电复合材料的均匀化本构关系及频散关系,并通过退化验证了理论推导的正确性。以PZT-5H/BaTiO_3复合而成的层状周期复合材料为例进行数值计算,得到了动态有效模量与频率之间的关系。将经典弹性问题的均匀化理论推广到了压电耦合问题,为预测压电复合材料动态力学性能提供了方法。     

基于悬臂共振法的IPMC杨氏模量的动力学测定方法

针对目前IPMC智能材料杨氏模量的测定存在方法单一、破坏材料本身等问题,提出了一种基于悬臂共振法的动力学测定方法.该方法通过激励装置使IPMC发生有阻尼自由衰减振动,采用激光位移传感技术记录其振动历程,然后对采集到的信号进行分析处理,从而得到其基频,最后采用悬臂共振法建立IPMC的横向振动方程,引入边界条件即可计算出其杨氏模量.这种方法与目前存在的拉伸法和弯曲法相比,具有测试方便简单、对材料本身不产生破坏、测定结果精度高等优点.     

低温对红松和大青杨木材力学性质的影响

以红松和大青杨木材为例,研究环境温度变化(尤其是低温)对木材力学性质的影响。在气干和饱湿状态下,对标准样本进行静载荷测试,获取两种木材心材和边材件在温度为20、5、-5和-20 ℃时的抗弯弹性模量、抗弯强度和顺纹抗压强度,分析各参数随温度降低的变化规律。结果表明:温度是影响木材力学性质的一个重要因素,随温度降低,气干材的抗弯弹性模量、抗弯强度和顺纹抗压强度均以近似线性趋势增大; 饱湿材各力学参数变化曲线则存在拐点,在-5～20 ℃之间,随着温度降低,各力学指标增大较慢,在-20～-5 ℃之间,随着温度降低,各力学指标增大较快; 与气干材相比,饱湿材的各力学参数对低温响应更敏感,-20 ℃时饱湿材各力学参数较20 ℃时提高约67%,而气干材-20 ℃时各力学参数仅约较20 ℃时提高15%。     

高温热处理对木材强度影响的研究进展

从热处理方式、热处理工艺参数及影响强度机制等方面综述高温热处理对木材力学强度的影响。综合认为,不同热处理方式对木材强度影响程度不同。随着热处理温度升高和时间延长,抗弯强度和顺纹抗压强度等部分木材强度逐渐下降;但当处理温度较低时,抗弯弹性模量和表面硬度有所增加,随温度升高,其强度值将下降。不同热处理工艺对木材半纤维素、木素和纤维素定性变化规律是相同的。热处理过程与木材初始状态(含水率和干燥方式),以及热处理参数(温度和时间)交互作用对木材强度影响将是今后研究的方向之一。     

基于响应面法的平缝机刺布挑线机构动平衡优化

为改善高速工业平缝机的动态性能,降低其振动响应,对其关键机构——刺布挑线机构进行动平衡优化.建立了该机构的动力学模型,以振动力和振动力矩的均方根值为分析目标,考察设计变量对分析目标的灵敏度.基于最优拉丁超立方的试验设计建立分析目标的响应面模型并进行可靠性验证,选择合适的权重系数,建立优化数学模型.采用多岛遗传算法,通过改变构件的质心坐标位置及质量等参数对机构进行优化.优化后机构振动力和振动力矩等有明显改善,表明该方法具有较高的精确性与有效性,对改善如高速平缝机等复杂机械系统的动态特性有一定的参考价值.