基于三點(diǎn)彎曲模式測試藤材斷裂韌性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用機(jī)械應(yīng)力測藤材強(qiáng)度特性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 斷裂力學(xué)是模擬具有應(yīng)力集中木構(gòu)件破壞的一種合理方法。將斷裂力學(xué)的原理應(yīng) 用于木質(zhì)材料在國外已有深入的進(jìn)展，斷裂力學(xué)的基本原理被國外學(xué)者廣泛應(yīng)用于木結(jié)構(gòu) 中節(jié)子和膠接口尺寸控制、木材強(qiáng)度預(yù)估、木材分等、木材干燥引起的開裂、木材切削時(shí)裂 紋擴(kuò)展規(guī)律等研究中，并有許多各自的實(shí)驗(yàn)方法來確定木材的斷裂初性Kk。根據(jù)構(gòu)件的受 力方式，其裂紋擴(kuò)展分為張開型、滑開型和撕開型，張開型（I型）裂紋擴(kuò)展方式在加載中最 常見，也是引起斷裂的最危險(xiǎn)破壞形式，因此，木竹材斷裂力學(xué)中對(duì)I型裂紋研究的最多。 故專利著重給出的是棟桐藤材I型裂紋的斷裂初性Kk。
[0003] 目前國內(nèi)外都有測定材料的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。例如；美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)的ASTM-E399， ASTM-E1826,英國材料標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)的BS5447-1977,中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB4161-2007,國際標(biāo)準(zhǔn)化 協(xié)會(huì)的IS012737-2005,它們的測量基本原理都是一致的。但是自然界材料種類成千上萬， 雖然有些材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但因其自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能測試不能全面進(jìn)行，加工者未知 的參數(shù)影響了材料應(yīng)用的發(fā)展。
[0004] 棟桐藤材是重要的非木材林產(chǎn)品，同屬木質(zhì)材料，其在外形和構(gòu)造上與竹材比較 接近，所不同的是竹材是空屯、有隔，而棟桐藤材是實(shí)屯、的，與木材相同，但莖級(jí)上比木材小 很多。棟桐藤材是一種天然材料，具有明顯的正交各向異性，在橫截面上又表現(xiàn)出梯度材料 的特征。棟桐藤材的強(qiáng)度不僅受其構(gòu)造特征、化學(xué)成分的影響，藤材在生長過程中和加工過 程中形成的缺陷如節(jié)子、裂紋對(duì)其也有重大影響。裂紋的存在會(huì)影響到材料的質(zhì)量和安全 設(shè)計(jì)，棟桐藤材的斷裂初性還從未有人設(shè)及，因此，探討和測量棟桐藤材的Kk值具有重要 的實(shí)踐意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提出一種基于=點(diǎn)彎曲模式測試藤材 斷裂初性的方法。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：
[0007] 一種基于S點(diǎn)彎曲模式測試藤材斷裂初性的方法，包括步驟：
[000引 1)試樣制備；將待測藤材加工為矩形塊狀試樣，試樣寬度W為待測藤材的最小直 徑值的1?2倍，長度L為4?5W，厚度為0. 4?0. 7W ;在矩形試樣中間加工出裂紋；
[0009] 。調(diào)整含水率；試樣放入溫度20°C、濕度為65%條件下的恒溫恒濕箱內(nèi)調(diào)節(jié)平 衡，得到含水率為10-12%的試樣；
[0010] 如記錄載荷-裂紋張開口位移（PV)曲線；采用；點(diǎn)彎曲模式加載，支點(diǎn)跨距S為 4W。試樣垂直放于支撐漉中間，將COD位移計(jì)置于裂紋張開口處。W〇.5mm/min的速度勻 速加載，記錄載荷-裂紋張開口位移（PV)曲線；
[0011] 4)實(shí)際裂紋深度測量；試樣在受彎加載破壞后，取保留斷口斷面的試樣，在顯微 鏡下測量裂紋的長度a。，因?yàn)橛帽〉镀钪萍怃J裂紋，在斷面上可清晰地看到一條直線壓 痕，由于割制裂紋時(shí)不可能完全平行于底面，因而在試樣不同厚度處測量試樣裂紋的深度 ai、a2、--a。，最后取其平均值知+32+--a。)/n為裂紋的有效長度；n為2?10之間的正 整數(shù)；
[001引 W計(jì)算臨界載荷和臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子根據(jù)步驟扣記錄的載荷-裂紋張開 口位移（PV)曲線求得載荷Pg值和
[0013] 6)評(píng)估測試結(jié)果的有效性。
[0014] 其中，所述步驟2)調(diào)整含水率是將試樣放入溫度20°C、濕度為65%條件下的恒溫 恒濕箱內(nèi)，經(jīng)過26-35天，得到含水率為10-12 %的試樣。通常是經(jīng)過一個(gè)月。
[00巧]進(jìn)一步地，所述試樣的寬度為10?50mm。藤材的直徑常見的有10?50mm，可加 工試樣寬度10mm ;裂紋深度a = 0. 4?0. 6W。
[0016] 或，所述裂紋深度a = 0.45?0.55W。
[0017] 其中，所述步驟3)中用載荷傳感器和COD Gauge對(duì)試驗(yàn)過程中的彎曲載荷和位移 進(jìn)行自動(dòng)記錄。
[001引優(yōu)選地，所述步驟4)中，在試樣的1/4、1/2、3/4厚度處測量裂紋的長度a"，n = 3。 [0019] 其中，所述步驟5)中臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算公式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于三點(diǎn)彎曲模式測試藤材斷裂韌性的方法，其特征在于，包括步驟： 1) 試樣制備：將待測藤材加工為矩形塊狀試樣，試樣寬度W為待測藤材的最小直徑值 的1?2倍，長度L為4?5W，厚度為0. 4?0. 7W;在矩形試樣中間加工出裂紋； 2) 調(diào)整含水率：試樣放入溫度20°C、濕度為65%條件下的恒溫恒濕箱內(nèi)調(diào)節(jié)平衡，得 到含水率為10-12 %的試樣； 3) 記錄載荷-裂紋張開口位移（PV)曲線：采用三點(diǎn)彎曲模式加載，支點(diǎn)跨距S為4W， 試樣垂直放于支撐輥中間，將COD位移計(jì)置于裂紋張開口處，以0. 5mm/min的速度勻速加 載，記錄載荷-裂紋張開口位移（PV)曲線； 4) 實(shí)際裂紋深度測量：試樣在受彎加載破壞后，取保留斷口斷面的試樣，在顯微鏡下 測量裂紋的長度an，在試樣不同厚度處測量試樣裂紋的深度ai、a2、….an，最后取其平均值 (ai+aj"，.an)/n為裂紋的有效長度；n為2?10之間的正整數(shù)； 5) 計(jì)算臨界載荷PQ和臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KQ:根據(jù)步驟3)記錄的載荷-裂紋張開口位 移（PV)曲線求得載荷PQ值和KQ; 6) 評(píng)估測試結(jié)果的有效性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述試樣的寬度為10?50mm;裂紋深度 a= 0. 4 ?0. 6W。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂紋深度a= 0. 45?0. 55W。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)調(diào)整含水率是將試樣放入溫 度20°C、濕度為65%條件下的恒溫恒濕箱內(nèi)，經(jīng)過26-35天，得到含水率為10-12%的試樣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中用載荷傳感器和CODGauge 對(duì)試驗(yàn)過程中的彎曲載荷和位移進(jìn)行自動(dòng)記錄。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中，在試樣的1/4、1/2、3/4厚 度處測量裂紋的長度an，n= 3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6任一所述的方法，其特征在于，所述步驟5)中臨界應(yīng)力強(qiáng)度因 子的計(jì)算公式為：
式中，S為支點(diǎn)跨距， 其中，匕值的確定為：對(duì)于試驗(yàn)所得的PV曲線，做擬合曲線，此擬合曲線與X軸即裂紋 張開位移軸交于〇點(diǎn)，過〇點(diǎn)做割線0P5,并使0P5的斜率為初始擬合曲線斜率的95%，得 到割線與該曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的載荷P5,同時(shí)測出試件所能承受的最大載荷P_，計(jì)算P_/ P5，若兩者比值小于等于1. 1，則P5即為PQ值，PQ代入式⑴求得KQ值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?6任一所述的方法，其特征在于，所述步驟6)評(píng)估測試結(jié)果有效 性的方法為：計(jì)算2.5* (KQ/〇s)2值，并與試樣厚度比較，若2.5* (KQ/〇s)2小于等于試樣 厚度，則臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子為有效數(shù)據(jù)；若2. 5 ? (KQ/〇s)2大于試樣厚度，則臨界應(yīng)力強(qiáng)度 因子數(shù)據(jù)無效；其中，〇s為材料的屈服強(qiáng)度。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于三點(diǎn)彎曲模式測試藤材斷裂韌性的方法，包括步驟：試樣制備、調(diào)整含水率，得到含水率為10-12％的試樣；記錄載荷-裂紋張開口位移(PV)曲線，實(shí)際裂紋深度測量、計(jì)算臨界載荷PQ和臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KQ。本發(fā)明提出的方法，使用C.O.D？Gauge測量裂紋張開口位移，提高測試精度。針對(duì)藤材的特性，確定了棕櫚藤材的斷裂韌性測試取樣方法，獲得了準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好的測量結(jié)果。提出棕櫚藤材的斷裂韌性測試計(jì)算方法，為藤材利用提供定性和定量依據(jù)。
【IPC分類】G01N3-20
【公開號(hào)】CN104568605
【申請?zhí)枴緾N201410855005
【發(fā)明人】劉杏娥, 楊淑敏, 田根林, 尚莉莉
【申請人】國際竹藤中心
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月31日