木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置。該裝置主要包括：帶V形凹槽的木材，該帶V形凹槽的木材設(shè)置在左右兩個鋁塊中間，與所述左右兩個鋁塊粘結(jié)在一起，組成了鋁?木組合梁，該鋁?木組合梁分別通過連接件與位于上部的上傳遞梁、位于下部的下支座連接，與上傳遞梁和下支座組成一個整體。本發(fā)明實(shí)施例的裝置能夠很好地獲得木材剪切強(qiáng)度比較準(zhǔn)確的結(jié)果，克服了木材規(guī)范中受剪試驗(yàn)剪切破壞面上剪應(yīng)力分布不均勻、凹角處存在應(yīng)力集中、破壞面上有彎曲應(yīng)力的影響等缺點(diǎn)，同時也克服了直接用Iosipescu剪切裝置測試木材抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)中存在的破壞不發(fā)生在理論破壞面處、試件左右的應(yīng)力分布不對稱、試件變形大、可能發(fā)生滑移等缺點(diǎn)。
【專利說明】
木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及木材力學(xué)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]木材是一種復(fù)雜的多孔性、非勻質(zhì)性、各向異性材料，因其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于建筑、裝飾等許多領(lǐng)域。木材的各向異性性質(zhì)體現(xiàn)在其順紋方向(木纖維生長方向)的力學(xué)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橫紋方向的力學(xué)性能。為了在生產(chǎn)生活中合理而可靠地利用木材，必須首先對其物理力學(xué)性能有所認(rèn)識。
[0003]木材的力學(xué)性能主要包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度等。其中，抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的測試方法各國規(guī)范都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，盡管在加載方法和試件尺寸上不盡相同，但原理基本一致。木材抗剪強(qiáng)度的測試各國規(guī)范盡管也有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但在學(xué)術(shù)界卻一直備受爭議，究其原因主要是因?yàn)槟静牡募兗羰芰顟B(tài)在試驗(yàn)中比較難以達(dá)到，在剪切破壞面上總會有彎曲應(yīng)力的存在，因此測得的強(qiáng)度值很難稱得上是木材的純剪強(qiáng)度。無論是中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1937-2009還是美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM-D143亦或是日本標(biāo)準(zhǔn)JISZ-2101所采用的塊剪試驗(yàn)方法都存在這個問題。除此之外，這種塊剪試驗(yàn)存在的問題還包括:1)剪應(yīng)力在剪切破壞面上分布不均勻;2)試塊凹角處有嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。
[0004]針對這種情況，想要獲得木材的純剪強(qiáng)度通常來說有兩種思路，一種是利用數(shù)值模擬并借助各向異性材料的強(qiáng)度準(zhǔn)則如Tsa1-Wu準(zhǔn)則，將塊剪試驗(yàn)測試的結(jié)果轉(zhuǎn)換成木材的純剪強(qiáng)度;另一種思路是設(shè)計新的受剪裝置來使得木材發(fā)生純剪破壞。針對后一種思路，學(xué)者們設(shè)計了多種多樣的剪切裝置，其中學(xué)者1sipescu針對金屬材料提出的一種四點(diǎn)非對稱加載方法后來被認(rèn)為是使得材料處于最接近純剪狀態(tài)的方法之一。之后的很多學(xué)者又在他的基礎(chǔ)上對該方法進(jìn)行過許多不同的改進(jìn)。許多學(xué)者也嘗試著將其用于木材抗剪強(qiáng)度的測試，但卻發(fā)現(xiàn)測試的結(jié)果不甚理想，這主要是因?yàn)?I)木塊的破壞位置往往不是發(fā)生在理論破壞面處，而是首先在試驗(yàn)裝置與試件接觸面的邊緣發(fā)生開裂;2)木材在破壞之前可能會發(fā)生比較大的變形，影響試件內(nèi)部的應(yīng)力分布形式;3)木材試件與試驗(yàn)裝置之間可能會發(fā)生滑移。
[0005]針對以上提到的問題，要想利用四點(diǎn)非對稱加載方法測試木材的純剪強(qiáng)度，就必須對1sipescu剪切裝置進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，以實(shí)現(xiàn)有效地測量木材剪切強(qiáng)度。
[0007]本發(fā)明提供了如下方案:
[0008]—種木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，包括:帶V形凹槽的木材，該帶V形凹槽的木材設(shè)置在左右兩個鋁塊中間，與所述左右兩個鋁塊粘結(jié)在一起，組成了鋁-木組合梁，該鋁-木組合梁分別通過連接件與位于上部的上傳遞梁、位于下部的下支座連接，與上傳遞梁和下支座組成一個整體。
[0009]進(jìn)一步地，所述木材的順紋方向沿木塊的高度方向^形凹槽的角度為110°。
[0010]進(jìn)一步地，所述木材的上下部各包含一個V型缺口。
[0011]進(jìn)一步地，所述木材與左右兩個鋁塊通過膠水粘接。
[0012]進(jìn)一步地，所述左右兩個鋁塊都分別通過兩個連接件與上傳遞梁、下支座連接，連接件通過螺桿與左右鋁塊、上傳遞梁、下支座固定連接。
[0013]進(jìn)一步地，在左右兩個鋁塊、上傳遞梁、下支座的前表面和后表面分別設(shè)置有4個連接件，每個連接件上有2個螺桿。
[0014]進(jìn)一步地，所述上傳遞梁、下支座包含用來固定連接件的卡槽。
[0015]進(jìn)一步地，所述木材的V形凹槽和上傳遞梁的中心點(diǎn)錯開。
[0016]進(jìn)一步地，外荷載對準(zhǔn)所述木塊的V形凹槽以集中力的形式施加在所述上傳遞梁上。
[0017]由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的裝置能夠很好地獲得木材剪切強(qiáng)度比較準(zhǔn)確的結(jié)果，克服了木塊受剪試驗(yàn)剪切破壞面上剪應(yīng)力分布不均勻、凹角處存在應(yīng)力集中、破壞面上有彎曲應(yīng)力的影響等缺點(diǎn)，同時也克服了直接用1sipescu剪切裝置測試木材抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)中存在的破壞不發(fā)生在理論破壞面處、試件左右的應(yīng)力分布不對稱、試件變形大、可能發(fā)生滑移等缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為受剪木塊試樣制作示意圖；
[0020]圖2為受剪夾具各零件不意圖；
[0021 ]圖3為受剪夾具和木塊組合示意圖；
[0022]圖4為外荷載作用方式及鋁-木組合梁內(nèi)彎矩、剪力示意圖；
[0023]圖中標(biāo)號:
[0024]1-傳遞梁;2-鋼制連接件;3-螺桿;4-鋁塊;5-待測木材試塊;6_鋼制支座。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0026]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0027]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0028]為便于對本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0029]首先將待測木材試塊制作成帶V型缺口的形式，如附圖1所示，順紋方向沿木塊的高度方向，V型缺口的開槽角度是110°，這樣設(shè)計的開槽角度能夠確保木塊在V型缺口處發(fā)生破壞，并且不會產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。待測木材試塊的上下部各包含一個V型缺口。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置的各零件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，該裝置也稱為受剪夾具，該受剪夾具包括上傳遞梁1、鋼制下支座6、左右兩個鋁塊4、八個鋼制連接件2和八個螺桿3。
[0031]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種受剪夾具和木塊組合示意圖，將待測木材試塊5制作成帶V形凹槽的形式后，與左右鋁塊用強(qiáng)力膠相粘結(jié)，組成了一個鋁-木組合梁，該組合梁再通過連接件與上傳遞梁和下支座組成一個整體。在圖2中，左右兩個鋁塊都分別通過兩個連接件與上傳遞梁、下支座連接，連接件通過螺桿與左右鋁塊、上傳遞梁、下支座固定連接，在左右鋁塊、上傳遞梁、下支座的前表面和后表面分別設(shè)置有4個連接件，每個連接件上有2個螺桿。待測木材試塊的V形凹槽和上傳遞梁的中心點(diǎn)錯開。通過八個貫通的螺桿以及八個連接件，組合梁與上傳遞梁及下支座連接形成一個整體。上傳遞梁和下支座包含用來固定連接件的卡槽，防止連接件發(fā)生轉(zhuǎn)動，這樣可以保證在受力過程中通過連接件傳遞到組合梁上的荷載始終是豎向施加的。并且四個集中力是直接施加在組合梁的中性軸上，相比于1sipescu剪切試驗(yàn)中力施加在木材表面，該方法使得木塊中應(yīng)力的分布更為左右對稱。
[0032]下支座的作用是固定整套受剪夾具，使其不發(fā)生轉(zhuǎn)動和平移;上傳遞梁的作用是直接承受來自試驗(yàn)機(jī)的集中荷載，并將其向下傳遞;連接件不僅起連接鋁-木組合梁和傳遞梁及支座的作用，更重要的是其也作為力的傳遞路徑。
[0033]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述夾具支座的結(jié)構(gòu)類型僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的夾具支座的結(jié)構(gòu)類型如可適用于本發(fā)明實(shí)施例，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。本發(fā)明將夾具支座的結(jié)構(gòu)類型設(shè)計成工字梁的形式主要是為了方便與Instron 5582萬能試驗(yàn)機(jī)相配套。
[0034]力在受剪夾具內(nèi)具體的傳遞方式為:在受剪夾具的支座固定好之后，外荷載對準(zhǔn)木塊的凹槽以集中力的形式施加在傳遞梁上，由于不是作用在傳遞梁的中間，因此該力通過連接件分配為兩個不等大集中力傳遞給組合梁。與此同時，支座提供了另一組與此相對應(yīng)的豎直向上的不等大的集中力，也通過連接件傳遞給了組合梁。這樣，組合梁一共在四個位置受集中力的作用，通過這種四點(diǎn)不對稱加載方式，木塊的V型缺口位置正好處于無彎矩而有剪力的狀態(tài)，于是發(fā)生在木塊的V型缺口處的破壞就可以認(rèn)為是純剪切破壞，對應(yīng)的強(qiáng)度值就是木材的純剪強(qiáng)度值。通過在受剪木塊表面粘貼應(yīng)變片還可以獲得該面的剪切彈性模量。
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種外荷載作用方式及鋼-木組合梁內(nèi)彎矩、剪力示意圖，通過彎矩圖可以發(fā)現(xiàn)，組合梁上彎矩最大的位置出現(xiàn)在鋁塊上，而不是木塊上，因此避免1sipescu剪切試驗(yàn)中木材發(fā)生在此處的破壞。并且鋁-木組合梁的設(shè)計相比于1sipescu試驗(yàn)中單純的純木梁剛度變大，變形量減小，不會由于幾何非線性而嚴(yán)重地影響木塊內(nèi)部應(yīng)力的分布。最后，鋁-木組合梁與傳遞梁以及支座之間用螺桿及連接件固定，不會發(fā)生水平滑移和轉(zhuǎn)動。
[0036]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置能夠很好地獲得木材剪切強(qiáng)度比較準(zhǔn)確的結(jié)果，克服了木塊受剪試驗(yàn)剪切破壞面上剪應(yīng)力分布不均勻、凹角處存在應(yīng)力集中、破壞面上有彎曲應(yīng)力的影響等缺點(diǎn)，同時也克服了直接用1sipescu剪切裝置測試木材抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)中存在的破壞不發(fā)生在理論破壞面處、試件左右的應(yīng)力分布不對稱、試件變形大、可能發(fā)生滑移等缺點(diǎn)。
[0037]本發(fā)明主要針對木材設(shè)計，但也適用于其他單向纖維復(fù)合材料剪切性能的測試。本發(fā)明旨在提供一種方便而準(zhǔn)確的測試木材順紋純剪強(qiáng)度的方法，以上說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體夾具尺寸、試件尺寸、木材開槽角度、支座類型及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0038]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:附圖只是一個實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0039]本說明書中的各個實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實(shí)施。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，包括:帶V形凹槽的木材，該帶V形凹槽的木材設(shè)置在左右兩個鋁塊中間，與所述左右兩個鋁塊粘結(jié)在一起，組成了鋁-木組合梁，該鋁-木組合梁分別通過連接件與位于上部的上傳遞梁、位于下部的下支座連接，與上傳遞梁和下支座組成一個整體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，所述木材的順紋方向沿木塊的高度方向，乂形凹槽的角度為110°。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，所述木材的上下部各包含一個V型缺口。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，所述木材與左右兩個鋁塊通過膠水粘接。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，所述左右兩個鋁塊都分別通過兩個連接件與上傳遞梁、下支座連接，連接件通過螺桿與左右鋁塊、上傳遞梁、下支座固定連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，在左右兩個鋁塊、上傳遞梁、下支座的前表面和后表面分別設(shè)置有4個連接件，每個連接件上有2個螺桿。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，所述上傳遞梁、下支座包含用來固定連接件的卡槽。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，所述木材的V形凹槽和上傳遞梁的中心點(diǎn)錯開。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的木材順紋方向純剪強(qiáng)度的測量裝置，其特征在于，外荷載對準(zhǔn)所述木塊的V形凹槽以集中力的形式施加在所述上傳遞梁上。
【文檔編號】G01N3/24GK105842084SQ201610176985
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】楊娜, 張雷
【申請人】北京交通大學(xué)