论文部分内容阅读
在木材加工工业领域中,单板层积材(LVL)作为一种用途广泛的工程结构材料,不仅拥有木材的自然特性,还具有优于锯材的抗弯强度和刚度高、耐候性强等力学物理特性,深受木结构建筑、家具、室内装饰、交通、运输等行业用户的青睐。为了满足各类用户对不同质量等级LVL产品的客观需求,开展LVL在线检测与质量分等工作尤为重要。为此,本文一方面,根据模态理论和自由振动理论,通过试验模态法和自由瞬态激励法,对两种放置状态下的意杨LVL板材试件开展了弹性模量(MOE)质量检测的动态测试研究,并利用基于STM32F103VET6微处理器和Python平台的LVL板材质量在线质量评价系统进行了质量分等工作。主要运用正态分布和威布尔分布进行LVL弹性模量的概率计算与分析等工作。另一方面,为了验证意杨LVL动态在线检测与质量分等研究成果应用到实际工程领域的正确性,文中将经在线检测与质量分等后的A等级(平均E值=12.69GPa)和B等级(平均E值=11.42GPa)的LVL板材制品用于LVL工字梁制造,并开展相关力学性能检测,并进行其验证与评价工作。其主要研究结论表明:(1)意杨LVL自由板悬挂模态试验与置于海绵上的意杨LVL自由矩形板的模态试验的频率值及其振型结果相吻合,其前三阶频率分别对应一阶扭转频率、一阶弯曲频率和二阶扭转频率;采用自由瞬态激励法测算了放置于海绵上的LVL自由矩形板E和G值结果,分别比自由板悬挂模态试验测算结果高3.99%和3.08%。(2)文中验证了可采用自由瞬态激励振动法测算置于海绵上的意杨LVL自由矩形板的E和G值的可行性。其中,10块规格为2700mm×770mm的LVL板材的E、G值分别相差3.98%和5.87%、10块规格为2440mm×760mm的E、G值相差2.59%和7.09%。(3)开展LVL弹性模量的概率分布计算与分析。采用自由瞬态激励法,测试149块同一批次不同尺寸规格的LVL板材的E值为9.819GPa-13.629GPa,其变异系数为13.64%。经其概率分布计算与分析得知,威布尔分布和正态分布计算的LVL弹性模量在给定值下的概率相等;推荐采用根据实测E最小值的90%左右作为威布尔分布的位置参数Eu设定值。(4)利用基于STM32F103VET6微处理器和Python平台的LVL板材质量在线自动计算与质量分等检测系统,测算一批次(20块)LVL整板的E值。该批次20块LVL中最大E值为13.21GPa(7号试件),最小E值为10.93GPa(6号试件);最大G值为888Mpa(10号试件),最小G值为740MPa(6号试件)。并将其分为A等级(平均E值=12.69GPa)和B等级(平均E值=11.42GPa)用于LVL工字梁力学性能验证试验与评价。(5)将经过动态在线检测与质量分等的A、B等级的LVL板材设计并制造成同规格的LVL工字梁,并对其开展抗压承载力测定和抗剪承载力测定。其结论表明,采用A等级和B等级LVL翼缘制造的工字梁平均抗压承载力分别为92.61kN/m和90.66 kN/m,即A等级工字梁比B等级工字梁的平均抗压承载力高2.1%;采用A等级和B等级LVL翼缘制造的工字梁平均抗剪承载力分别为11.60kN和11.32kN,即A等级工字梁比B等级工字梁的平均抗压承载力高2.4%。通过LVL工字梁的验证试验表明,由E,G值大的A等级LVL制成的LVL工字梁的平均抗压承载力和平均抗剪承载力性能分别比E,G值小的B等级LVL制成的LVL工字梁的平均抗压承载力和平均抗剪承载力值高2.1%和2.4%。显而易见,本LVL动态在线检测与质量分等技术方法应用于实际工程是可行的。综上所述,本研究可准确、可靠地动态在线检测LVL产品弹性模量和剪切模量,并实时进行其弹性模量质量分等,可满足诸多领域对不同质量等级LVL产品的客观需求,以期为提高国产LVL产品结构的优化设计和工艺的技术含量及其附加值水平,具有良好的经济效益和社会效益。