面向力学性能评估的足尺人造板四节点支承振动检测研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:qingtianleng
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足尺人造板特指国内外生产和销售中最常见的幅面公称尺寸为2440mm×1220mm的成品人造板材。这类板材已经广泛地用于家具生产、建筑、包装及交通运输等领域。力学性能是人造板质量的重要组成部分,不同的应用领域对人造板的力学性能要求也不尽相同。弹性模量、剪切模量和动态黏弹性正是表征足尺人造板力学性能的三个非常关键的指标,同时弹性模量和剪切模量的大小还可以推测人造板的静曲强度和内结合强度。因此通过对这些指标的准确测定,便可实现足尺人造板力学性能的评估。目前足尺人造板力学性能的检测方法大多是:首先在大尺寸板材不同部位截取数个标准试件,然后通过力学试验机测试这些小尺寸标准试件的力学性能指标,最后根据数个标准试件的测量结果综合评价足尺人造板整板的力学性能。这种方法属于有损检测,检测效率低,只适于产品的抽检,不适于非破坏和在线快速检测。因而,为人造板特别是建筑用人造板行业提供一种面向足尺人造板整板力学性能的快速、无损检测和评估的技术和方法,是非常必要的。为快捷、无损检测和评估足尺人造板的力学性能,本论文提出了一种将被测足尺人造板支承在其长度、宽度方向22.4%和77.6%的两条振动节线的4个交点处的新支承方式,称为四节点支承。本论文的创新之处是基于四节点支承自由振动原理实现了足尺人造板长度、宽度方向的弹性模量和面内剪切模量这3个弹性常数以及长度方向的储能模量和损耗模量这2个动态黏弹性指标的快速无损检测。首先,基于薄板横向振动理论,借助灵敏度分析方法和瑞利能量法,建立了四节点支承的足尺人造板长度、宽度方向的弹性模量和面内剪切模量与其相对应的灵敏度最高模态固有频率、板材密度、板材尺寸等特征参数之间的计算公式,形成了四节点支承自由振动检测足尺人造板弹性常数的理论基础。其次,采用试验模态分析的方法,分别探究了完全自由和四节点支承下足尺人造板的前9阶振动模态参数(模态振型和固有频率),又通过计算模态分析的方法,对四节点支承的足尺人造板前9阶模态参数进行了研究。接着,基于LabVIEW软件设计了用于四节点支承自由振动法的足尺人造板弹性常数检测软件。然后,为验证四节点支承自由振动法检测足尺人造板弹性常数的正确性,进行了足尺人造板弹性常数检测的动、静态试验,并对测试结果进行对比和分析。最后,提出了四节点支承自由振动法检测足尺人造板长度方向动态黏弹性的理论基础,并通过试验验证了可行性。本文的研究结果表明:基于薄板横向自由振动理论的四节点支承自由振动法对足尺人造板长度、宽度方向的弹性模量和面内剪切模量进行同时无损检测是可行的;试验模态分析和计算模态分析这两种方法都可以用于四节点支承的足尺人造板前9阶振动模态参数的分析;所开发的足尺人造板弹性常数检测软件运行流畅、操作简单、界面清晰,为大尺寸人造板力学性能无损检测设备的商业化开发奠定了软件基础;基于四节点支承自由振动法所测得的足尺人造板长度方向动态黏弹性是正确的。
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