李俊鵬 袁勇威 張帆

河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（450000）

載荷-撓度曲線上直線段斜率計(jì)算對(duì)人造板彈性模量影響

李俊鵬 袁勇威 張帆

河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（450000）

主要探討了載荷-撓度曲線上直線段斜率計(jì)算對(duì)人造板彈性模量結(jié)果的影響，直線段斜率的計(jì)算與選取的F2-F1有關(guān)，一般F1值約為最大載荷的10%，F(xiàn)2值約為最大載荷的40%，而a2-a1撓度值也與選取的F2-F1密切相關(guān)，而F2-F1和a2-a1比值就是直線段的斜率，根據(jù)人造板彈性模量公式可知，F(xiàn)2和F1的選取很大程度上影響了彈性模量的結(jié)果。

彈性模量；載荷-撓度曲線；彈性變形；人造板；萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)

彈性模量是人造板的一項(xiàng)重要參數(shù)，人造板的彈性模量越大其抵抗彈性變形的能力越強(qiáng)，即在相同應(yīng)力下彈性模量越大的人造板其變形量越小。這個(gè)數(shù)值從一定程度上反映出了人造板質(zhì)量的好壞。一般而言，彈性模量大的人造板要比彈性模量小的人造板更加結(jié)實(shí)耐用，彈性模量越大其承載能力也越強(qiáng)。因此，彈性模量是作為衡量人造板質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。人造板彈性模量的測(cè)量一般在實(shí)驗(yàn)室用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)能夠在計(jì)算機(jī)上方便快捷的讀出人造板的彈性模量。但是，萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)讀出的彈性模量的數(shù)值和載荷-撓度曲線上直線段斜率有關(guān)，即和F1和F2選取的值有關(guān)。如果F1和F2的選取值不合適就會(huì)造成彈性模量的值偏大或者偏小而造成試驗(yàn)誤差。

1 彈性模量測(cè)試原理[1]

其中：Eb——試件的彈性模量，單位為兆帕（MPa）；l1——兩支座間距離，單位為毫米（mm）；b——試件寬度，單位為毫米（mm）；t——試件厚度，單位為毫米（mm）；F2-F1——在載荷-撓度曲線中直線段內(nèi)載荷的增加量（F1值約為最大載荷的10%，F(xiàn)2值約為最大載荷的40%）；a2-a1——試件中部變形的增加量，即在力F2-F1區(qū)間試件變形量，單位為毫米（mm）。

圖1 彈性變形范圍內(nèi)的載荷-撓度曲線

2 F1與F2取值對(duì)萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)彈性模量結(jié)果的影響

本次試驗(yàn)的人造板為刨花板,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，試樣寬度50 mm，厚度為刨花板的實(shí)際厚度，經(jīng)過(guò)測(cè)量為14.60 mm，跨距為300 mm。萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)為日本島津AGS-J10kN型，力值范圍0～20 kN。所有試驗(yàn)設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 彈性模量試驗(yàn)時(shí)載荷-撓度曲線圖

圖2為萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行人造板彈性模量試驗(yàn)時(shí)的載荷-撓度曲線圖，從圖中可以看出，載荷-撓度曲線大概有三個(gè)部分構(gòu)成,第一部分為波浪線，第二部分直線是彈性變形階段，第三部分為斷裂階段。從圖中可以看出，0～40 N時(shí)為第一階段，40～384 N時(shí)為第二階段，384 N以后屬于第三階段。從圖中可以看出最大載荷力值約為384 N，根據(jù)F1值約為最大值的10%，F(xiàn)2值約為最大值的40%，F(xiàn)1和F2分別取40 N和150 N。

從圖3中可以看出，當(dāng)F1和F2取40 N和150 N時(shí)，最大載荷為384 N時(shí)的彈性模量值為4 801 MPa。從圖4中可以看出,當(dāng)F1和F2取25 N和150 N時(shí)，最大載荷為384 N時(shí)的彈性模量值為4 783 MPa。兩者彈性模量相差了18 MPa。

圖3 F1和F2取40 N和150 N時(shí)彈性模量值

圖4 F1和F2取25 N和150 N時(shí)彈性模量值

3 結(jié)果分析

萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)在做人造板彈性模量時(shí)，一般都是把F1值和F2值按最大力值的10%和40%來(lái)設(shè)定。F1和F2設(shè)定好之后不會(huì)再有所變化，但是在做彈性模量試驗(yàn)時(shí)，每個(gè)試樣的最大值都不一樣，甚至差別很大，這就會(huì)出現(xiàn)F1和F2并不是最大值的10%和40%的情況。由于計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，F(xiàn)1和F2往往需要提前設(shè)定，而最大力值往往不能確定。這樣F1和F2的設(shè)置不當(dāng)就造成了斜率計(jì)算的誤差，進(jìn)而造成彈性模量值的變化。

根據(jù)公式（1），當(dāng)F1和F2剛好在載荷-撓度曲線直線段上時(shí)，l1、b、t不變，F(xiàn)1和F2取值范圍就影響了直線段的斜率，這就造成了Eb值的變化。

從圖2可以看出,當(dāng)F1和F2取40 N和150 N時(shí)，直線斜率為藍(lán)線，當(dāng)F1和F2取25 N和150 N時(shí)，直線的斜率為紅線，紅線的斜率比藍(lán)線小，這就造成了彈性模量小了18 MPa。

相反，如果人造板彈性模量測(cè)試過(guò)程中，由于F1-F2的取值造成藍(lán)線比紅線低，這就會(huì)出現(xiàn)彈性模量偏大。因此，在計(jì)算機(jī)進(jìn)行人造板試驗(yàn)時(shí)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)再分析，數(shù)據(jù)再分析可以在保持力值不變的情況下，根據(jù)最大載荷力值，把F1和F2值盡量控制在最大力值10%和40%，這樣才會(huì)使結(jié)果更加準(zhǔn)確。因此，數(shù)據(jù)再分析對(duì)于計(jì)算人造板彈性模量非常重要，可以有效地降低人造板彈性模量結(jié)果的誤差。

4 結(jié)論

1）F1和F2取值對(duì)人造板彈性模量測(cè)試結(jié)果有影響，這主要是由于F1和F2取值對(duì)直線段斜率計(jì)算造成了影響，結(jié)果可能偏大或者偏小。如果剛好取值合適，不影響人造板彈性模量的結(jié)果。

2）進(jìn)行結(jié)果再分析，調(diào)整F1和F2的取值范圍，可以使彈性模量測(cè)量值更加準(zhǔn)確。

[1]GB/T 17657—2013,人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布,2013(11)：12.