静态和动态法测定加拿大spf结构材弹性模量

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1、静态和动态法测定加拿大SPF结构材弹性模量doi：10.13360/j.issn.1000-8101.2015.04.019中图分类号：TS653於亚斌1，刘英1*，龚蒙2，周志茹1，房友盼1（1.南京林业大学机械电子工程学院，南京210037；2.加拿大新不伦瑞克大学）摘要：运用静态3点弯曲试验和动态两端自由梁振动试验对加拿大SPF（云杉-松树-冷杉）结构材的弹性模量进行测试，分析了两种方法测量弹性模量的特点、联系及差异。试验结果显示，该批试件的平均弹性模量高于美国林务局林产品实验室《木材手册》提供的数据，静态法测试的

2、弹性模量与动态法测试的没有显著差异。此外，节子、裂纹等缺陷是影响SPF结构材弹性模量的重要因素。.jyqkail：[email protected]EvaluationofmodulusofelasticityofCanadianSPFstructurallumberusingstaticanddynamicme?thods∥YUYabin，LIUYing，GONGMeng，ZHOUZhiru，FANGYoupanAbstract：Themodulusofelasticity（MOE）ofCanadianSPF

3、（spruce?pine?fir）structurallumbereasuredrespectivelyusingstatic（three?pointbending）anddynamic（free?freebeamvibration）methods.Characteristics，relationshipsanddifferencesofMOEdeterminedbythesetethodsensicmethodsportantfactorsaffectingtheMOEofCanadianSPFstructurallu

4、mber.Keyber；MOE；staticmethod；dynamicmethodFirstauthor’saddress：CollegeofMechanicalandElectronicEngineering，NanjingForestryUniversity，Nanjing210037，China结构用木材的弹性模量（MOE）是衡量木材刚度的参数，目前测定木材弹性模量主要有静态和动态两种方法，静态法主要包括3点弯曲法和4点弯曲法，动态法主要包括振动法以及应力波法。运用静态或动态法对木材弹性模量进行测定，国内外已有诸

5、多研究。Chui［1］采用两端自由梁振动法测定了单节对于白云杉材料动态弹性模量的影响，发现净材（不含节子的木材）试件的平均动态弹性模量为11811MPa，而节子试件的动态弹性模量为9525MPa。OEA和MOEB分别为试件在A、B表面测得的弹性模量，MOESavg为MOEA与MOEB的平均值；MOEF和MOEE分别为试件在平面和侧面悬挂状态下测得的弹性模量，MOEDavg为MOEF与MOEE的平均值。为便于分析，表中结果均为通过ASTMD4761-02和ASTMD1990-02标准校正到含水率为12%时的数据。参考美国林

6、务局林产品实验室《木材手册》［7］中的数据，利用3点弯曲法所测黑松、加拿大短叶松以及黑云杉的静态弹性模量均值分别为10893，10204和10408MPa，《木材手册》中记录的SPF锯材数据是小尺寸、纹理直的净材测试结果，其值相对较高。试验测得的静态弹性模量MOESavg值为11666MPa，明显高于所记录的3种树种的静态弹性模量均值。弹性模量可反映材料力学性能的优劣，因此，试验所测SPF结构材虽含有一定缺陷，但其力学性能仍较高。由表1可以看出，由于试件测试表面为随机选择，未考虑木材年轮方向对弹性模量的影响，因此，A表面

7、与B表面测试结果差异不大。通过3点弯曲试验中MOEA与MOEB的相关性（图3）发现，A面弹性模量与B面弹性模量的相关系数R达到了0.986，绝大部分值点都集中在95%置信区间内。MOEA与MOEB的结果在95%置信区间之外存在部分奇异点（图4），通过观察这些奇异点所属试件，发现处于95%水平以上的试件表面较为平整，节子较少，而处于5%水平以下的试件表面相对粗糙，并且伴有轻微裂纹、翘曲以及较多节子等缺陷。2.2动态法测定弹性模量的特点由3点弯曲和两端自由梁振动法所测弹性模量的结果可以看出，MOEF与MOEE的平均值分别为1

8、1879和12293MPa，差异较小。通过两端自由梁振动法中MOEF与MOEE的相关性发现，MOEF与MOEE的相关系数R为0.964，两者显著相关（图5）。在两种状态下所测弹性模量的变异系数分别为20.271和20.774，离散程度相差较小。利用方差分析对两种悬挂状态下所测定的弹性模量结果进行分析，得到P值为0.2