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木材试验

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木材是一种无处不在的材料, 已在建筑中使用最早的时间。木材是可再生和可持续的, 是一种结构材料, 广泛应用于工程中, 用于建造单户住宅建筑, 也用于在商业和工业建筑中构筑隔断和其他结构性元素。

由于其天然的起源, 木材的力学性质与树木的个别物种。水分含量和其他变量, 例如, 存在的缺陷。对于特定的应用, 设计者必须仔细考虑木材构件或结构的预期载荷, 以确保材料的最大效果。

该视频将说明如何测试不同类型木材的力学性能, 并确定其应力应变行为和 flectural 性能。

木材由细长的、圆形的或长方形的管状细胞组成, 比它们的宽度长得多。在墙内有几层由 microfibrils 制成, 它们是纤维素聚合物的丛。

微纤丝链在墙层内的不同方向排列。中间的墙壁与它的链沿着细胞的更长的维度提供了大部分的力量的细胞, 而内部和外墙的对角线链提供稳定。木质素结合在一起的纤维素聚合物以及微纤丝链和墙壁的细胞。许多细胞的捆绑作用在一起导致一个非常强的建筑材料。

木材是一种生物材料, 因此, 它非常容易受到环境衰变和害虫的侵袭。今天使用的大部分木材都是用化学物质预处理的, 以保护它免受环境和昆虫的侵袭。

木材是一种不均匀的材料, 其特征是大量的缺陷或缺陷, 例如, 结和劈。因此, 大型的安全因素或设计强度与实际极限强度的比值被用来解释不同木件的工程性质的大变化。

由于它的细胞组成, 木材是一个正交异性材料, 有不同的性质沿纵向和分别, 横向轴的晶粒方向。因此, 材料的行为将不同于负载平行或垂直于木纤维。不同的方法可以改善木材的各向异性性质。

层压板, 如胶合板是由层与纤维排列在垂直方向, 导致各向同性材料。或者, 胶合层是由在同一方向上对齐的薄条纤维制成, 在压力下粘接, 从而从分配缺陷中获得强度。

木材的细胞组成也占了细胞腔内的游离水和细胞壁的水。因此, 水分含量是决定木材强度的关键参数, 一般来说, 水分的减少会导致强度的增加。与干燥有关的容积变化可能导致不均匀的收缩和扭曲, 如扭、弓、杯或弯。

由于木材是一种高分子材料, 它也容易蠕变或在恒定载荷下对连续粘性样变形。当负载释放时, 大部分变形被恢复。因此, 如果装载时间短, 木材通常能支持更高的应力。由于所有这些因素都过于复杂, 不能用于日常设计, 为了结构上的目的, 我们使用以下方法: 对许多物种的终极无缺陷强度值进行统计分析, 对含水量和强度比进行修正对木材牌号进行修正, 以纠正强度降低的影响。

通常为大多数树林提供的属性以表格形式发布, 便于参考。这些特性有: 允许的弯曲应力、与晶粒平行的张力、水平剪切、垂直于晶粒的压缩、与晶粒平行的压缩以及弹性弹性模量。除了木材种类的基本定位特性外, 还应该明显的是, 并非所有的木材在荷载作用下都有相同的行为。

既然你已经了解了木材的物理性质和木材测试的原理, 让我们用这些来进行一些测试。

在您开始之前, 选择三个品种的木材比较。对于每种品种, 准备两个压缩立方体试样, 公称边缘尺寸为3.5 英寸。确保立方体没有缺陷, 它们的相反表面是平行的。标记每个品种中的一个标本, 用于测试与谷物平行的负载, 以及用于测试的剩余试样, 其载荷与晶粒垂直。

使用卡尺测量每个试样的加载方向的高度。并在几个位置重复测量以确定近似平均值。完成后, 使用相同的过程来确定每个试样的截面尺寸。

设置通用测试机, 如朱庇特视频中所示的材料常量。然后, 仔细地将标本放在压缩压板的正确方向上。将十字头向下, 直到施加轻微载荷, 然后使用精细控制将负载向后退至尽可能接近零。

现在以每秒 40 psi 的加载速率应用压缩负载。随着载荷的增加和试样中明显的可见应变, 压缩试验可能会持续数分钟。允许测试继续, 直到达到明显的最大负载为止。

在测试完成后记录最大负载, 然后对剩余的样本重复该过程。

执行另一个压缩测试, 这一次, 将负载垂直于试样的晶粒。对其他种类的木材重复该过程。

现在准备一些 dogbone 标本使用相同的三木材品种。用晶粒平行于长尺寸的样品准备一组试样, 再用与长尺寸垂直的晶粒进行第二集。

对所有六标本进行拉力测试, 如朱庇特视频中所示的钢的应力应变特性。

获得四约24英寸长的每种木材品种。在万能试验机上安装四点弯曲试验装置。一旦仪器就绪, 启动测试机。调整测试设置以记录负载和十字头值, 并捕获最大负载。在仪器中安装标本并放下上部十字头, 直到仪器开始与木梁接触。

以每分钟2000磅的速度应用负载, 直到光束断裂。在测试完成时记录失败负载, 然后对剩余的样本重复测试。

使用表汇总压缩、拉伸和弯曲测试的结果。接下来, 在每一列中, 将数据正常化为最大值, 然后新建一个表。

现在, 看看你的结果。如所有结果一致显示, 橡木是最强的木头, 其次是云杉和南松树。对于两个最重要的性质, 弯曲强度和压缩平行的谷物, 云杉似乎大约约87% 和南松树约 78%, 像橡树一样强。鉴于森林之间的价格差别很大, 南松树作为最便宜的, 是一个非常有效的选择。

木材测试在结构工程中至关重要, 可以评估最终设计在日常使用中处理压力和应变的能力, 以确保产品安全和符合国际标准。

在四点弯曲试验中, 简支梁在第三点加载两个等点荷载, 导致中心部分具有恒定力矩和零剪切。这项试验对于木质结构元素主要由弯曲应力加载的地板系统至关重要。

直到最近, 木结构被限制在公寓或小型办公楼中的三或四层楼。跨层压木材的发展导致了能够达到八个或更多故事的结构系统的发展。而更高的建筑物, 按20层的顺序, 仍在发展之中。

你刚刚看了朱庇特对木材测试的介绍。您现在应该了解木材的工程特性, 以及如何对木材试样进行拉伸、压缩和弯曲试验。

谢谢收看!

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