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测试木材剪切模量的自由方板扭转模态法

         
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【目的】提出一种动态测试木材主向剪切模量的新方法——自由方板扭转模态法,以扩大自由方板宽厚比的适用范围,为建筑工程、家具、室内装饰、交通、军事、乐器等行业的工程应用提供可靠支撑。【方法】首先根据自由方板特有的一阶扭转振型特征和能量法,导出木材主向剪切模量与其自由方板一阶扭转频率之间的关系式;然后基于自由方板在不同树种和不同宽厚比时ANSYS计算的一阶扭转模态频率,进行仿真和回归分析,获得木材主向剪切模量与其自由方板一阶扭转频率之间的修正关系式(自由方板扭转模态法关系式)。【结果】木材自由方板扭转振型特征按自由方板长宽比划分为长宽比不小于3、长宽比=2和长宽比=1共3类;长宽比不小于3的自由方板扭转振型沿其长边曲线变化,沿其宽边直线变化;长宽比=1的自由方板扭转振型沿其长边直线变化,沿其宽边曲线变化;长宽比=2的自由方板扭转振型沿其长边和宽边均为曲线变化。【结论】自由方板扭转模态法测试木材主向剪切模量理论依据可靠,用于测试木材主向剪切模量适用的方板宽厚比,对弦向、径向和横向方板均在7~30范围内,可降低方板宽厚比限制条件;自由方板扭转模态法既适用于测试木材主向剪切模量,又适用于测试木质复合板材和各向同性材料的剪切模量,其有效性得到自由杆件扭转振动法和非对称四点弯曲法试验验证,且该方法具有试验操作简单、测试精度高的优点;理论分析和试验结果表明,传统自由方板扭转振动法测试木质复合板材和木材剪切模量偏低,其偏低程度与材料类别和方板宽厚比有关。

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