亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        霍普金森試驗(yàn)下沙柳順紋動(dòng)態(tài)力學(xué)特性分析

        2020-09-29 01:56:28段明澤劉志剛李國良裴承慧張少勇冀振
        林業(yè)工程學(xué)報(bào) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:順紋沙柳屈服應(yīng)力

        段明澤,劉志剛,李國良,裴承慧,張少勇,冀振

        (內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,呼和浩特 010051)

        沙柳(Salixpsammophila)作為典型沙生灌木,主要生長在我國西北干旱地區(qū),其根系十分發(fā)達(dá),生長速度快,一般4~5年就能成材,且易于繁殖,是我國北方防風(fēng)固沙的首選植物之一。由于沙柳具有平茬復(fù)壯的生長特性,所以需要定期對成材的沙柳進(jìn)行平茬,否則就會(huì)出現(xiàn)沙柳枯死等現(xiàn)象,而平茬后的沙柳會(huì)在第2年重新發(fā)芽,并且生長旺盛[1]。平茬收獲的沙柳不僅是優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)燃料,還可在加工后作為牛羊的飼料,也可作為造紙和建材的原料,有巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2]?,F(xiàn)有的割灌機(jī)在平茬過程中會(huì)出現(xiàn)刀具壽命短、功率消耗大以及平茬后茬口質(zhì)量低等問題,影響沙柳翌年的萌發(fā)率。為了解決這些問題,國內(nèi)外出現(xiàn)了利用有限元模擬仿真優(yōu)化圓鋸片的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的需求。而沙柳動(dòng)態(tài)力學(xué)本構(gòu)模型的建立是進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)仿真的基礎(chǔ),但目前國內(nèi)外學(xué)者大多局限于通過準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)測定木材的靜態(tài)基本物理力學(xué)性能[3-7],而鮮見有關(guān)沙柳的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測定。

        目前,對于木材準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能的測定方法已十分成熟,而對于木材動(dòng)態(tài)力學(xué)性能則可通過霍普金森壓桿試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行測定[8-11]。其基本原理是基于彈性一維應(yīng)力波理論,根據(jù)試驗(yàn)桿中所接收到的應(yīng)力波數(shù)據(jù)求解桿件與試樣端面的應(yīng)力-位移-時(shí)間關(guān)系,從而得到試樣的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。目前,利用霍普金森壓桿試驗(yàn)測定各種材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性已成為一個(gè)熱點(diǎn)。Vural等[12]對輕質(zhì)木材的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和霍普金森壓桿試驗(yàn)表明,木材有明顯的應(yīng)變率效應(yīng),即木材在較高的應(yīng)變率條件下會(huì)使其強(qiáng)度獲得提升。竇金龍等[13]利用霍普金森壓桿試驗(yàn)對楊木的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行了測定,并對其破壞機(jī)制進(jìn)行了分析。許威等[14]利用霍普金森壓桿試驗(yàn)對樺木的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性行進(jìn)了研究,通過使用彈性模量較低的鋁桿作為試驗(yàn)用桿,并在透射桿上改用半導(dǎo)體應(yīng)變片,獲得了具有較高信噪比的透射波信號。馬文龍[15]通過霍普金森壓桿試驗(yàn)對樟子松的順紋、橫紋干材和濕材的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了測定,并分析了木材含水率對其動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力的影響。在此基礎(chǔ)上,筆者以沙柳順紋材為研究對象,對沙柳順紋浸泡材、生材和氣干材在霍普金森壓桿試驗(yàn)沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行研究,以期獲得沙柳順紋材在動(dòng)態(tài)壓縮過程中的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)特性,為建立沙柳順紋方向的動(dòng)態(tài)力學(xué)本構(gòu)模型提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        沙柳試樣參照GB/T 1927—2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》,于2018年1月中旬在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市采集。該地區(qū)地勢平坦,屬北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū),干旱少雨,年均降雨量為362 mm,全年日照充足,冬夏寒暑變化大,年均氣溫7.3 ℃。

        試驗(yàn)選取25株5年生,平均高度為3.5 m的沙柳,每株選擇靠近根部平均直徑50 mm的沙柳枝條進(jìn)行采集,選取距離地面70~100 mm的部分制成順紋試件,共160個(gè)。由于在霍普金森壓桿試驗(yàn)中,較薄的試件具有更好的穿透性,可以減小彌散效應(yīng)[3],而為了獲得準(zhǔn)確的沙柳動(dòng)態(tài)力學(xué)特性,試件的尺寸一般至少為木材管胞孔徑的10倍以上[14],并且由于沙柳屬于小徑級灌木,試件尺寸受到限制。綜合考慮以上因素,將沙柳試件的尺寸確定為15 mm×15 mm×15 mm。

        選取表面質(zhì)量較好的120個(gè)試件并均分為3組。第1組為40個(gè)順紋生材試件,從中選取10個(gè)試件,參照GB/T 1931—2009《木材含水率測定方法》,利用DYSF-8000W型微波自動(dòng)水分測定儀測得其平均含水率為37.62%,并將其余試件在進(jìn)行霍普金森壓桿試驗(yàn)前密封保存。第2組為40個(gè)順紋浸泡材試件,將試件在干燥環(huán)境晾制7 d制成氣干材后,再將氣干材試件在室溫下用水浸泡50 min,從中選取10個(gè)試件測得其平均含水率為37.36%,接近生材的平均含水率狀態(tài),并將其余試件在進(jìn)行試驗(yàn)前密封保存。第3組為40個(gè)順紋氣干材試件,從中選取10個(gè)試件測得其平均含水率為10.41%,接近GB/T 1928—2009《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法總則》規(guī)定的氣干材平均含水率12%,并將其余試件在進(jìn)行試驗(yàn)前密封保存。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)備與方法

        分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)示意圖如圖1所示。為滿足彈性一維應(yīng)力波理論的前提假設(shè),并獲得較好的透射波信號,試驗(yàn)中入射桿、透射桿和撞擊桿均選用40 mm(直徑)×1 800 mm的鋁桿。在入射桿上距離試樣900 mm處使用普通應(yīng)變片測量入射波和反射波信號,在透射桿上距離試樣900 mm處使用半導(dǎo)體應(yīng)變片測量透射波信號。實(shí)驗(yàn)室中分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)裝置如圖2所示。

        圖1 分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the split Hopkinson pressure bar test

        圖2 分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)裝置Fig. 2 Split Hopkinson pressure bar test device

        試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行,參照文獻(xiàn)[8]的試驗(yàn)方法,將3組沙柳順紋試件分別在平均應(yīng)變率為300,500和800 s-1的條件下重復(fù)10次試驗(yàn),舍去波形不完整和試件內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷的結(jié)果,再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析

        通過霍普金森壓桿試驗(yàn)及后期的數(shù)據(jù)處理,得到了沙柳順紋浸泡材、生材和氣干材在平均應(yīng)變率為300,500和800 s-1條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,如圖3所示。

        圖3 沙柳順紋材在不同平均應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 3 Stress-strain curves of Salix psammophila specimens along grain at different average strain rates

        由圖3分析可知,沙柳順紋材有如下特性。

        1)不同類型的沙柳順紋試件的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力均隨著平均應(yīng)變率的提高而增大。因此,沙柳順紋方向?qū)?yīng)變率較為敏感,有較明顯的應(yīng)變率效應(yīng)。

        2)沙柳順紋浸泡材在不同平均應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力低于沙柳順紋生材在對應(yīng)平均應(yīng)變率條件下的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。分析其原因可能為,在制作沙柳浸泡材試件過程中,沙柳中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等會(huì)有不同程度的降解,而沙柳組織中的膠質(zhì)、淀粉、糖類等可溶物質(zhì)也會(huì)有部分流失。因此,在相同的平均含水率條件下,浸泡材試件的纖維聚合度和密度低于生材試件,并且由于水分的浸潤和濕脹作用,使浸泡材試件組織中纖維素間的摩擦力變小,從而降低了浸泡材試件的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。即使在含水率相同的情況下,沙柳順紋浸泡材的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與沙柳順紋生材的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也存在較大的差異。

        3)沙柳順紋生材在不同平均應(yīng)變率條件下的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力低于沙柳順紋氣干材在對應(yīng)平均應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。根據(jù)水對木材強(qiáng)度的影響規(guī)律分析其原因?yàn)?,沙柳生材在變?yōu)闅飧刹牡倪^程中,隨著水分的解吸,沙柳組織中纖維素的空間結(jié)構(gòu)體積會(huì)隨之縮減,引起細(xì)胞壁坍塌、起皺,使細(xì)胞腔體積變小,試件密度隨之增加,導(dǎo)致試件組織中纖維素間的摩擦力增大,從而提高了氣干材試件的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。

        4)沙柳順紋材的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)特性可分為3個(gè)階段:第1階段,在試件受到壓力的初始階段,材料發(fā)生微小變形來抵抗壓力,內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞,變形是可恢復(fù)的,此時(shí)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系基本成正比關(guān)系,這一階段為彈性變形階段;第2階段,在材料所受應(yīng)力達(dá)到材料相應(yīng)的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力后,材料內(nèi)部相對較弱的區(qū)域發(fā)生纖維的屈曲和褶皺,在材料內(nèi)產(chǎn)生局部壓實(shí),形成裂紋和應(yīng)力集中,進(jìn)而引發(fā)周邊區(qū)域出現(xiàn)坍塌,在應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖中表現(xiàn)為曲線振蕩,出現(xiàn)許多局部的應(yīng)力峰值,此階段為應(yīng)力變化幅度較小但變形量卻急劇增加的塑性坍塌階段;第3階段,隨著裂紋的擴(kuò)展,材料沒有因?yàn)榧?xì)胞壁的坍塌、擠壓變得致密化,而是直接被壓潰,逐漸失去其力學(xué)性能,進(jìn)入失穩(wěn)壓潰階段。

        2.2 破壞形態(tài)分析

        通過霍普金森壓桿試驗(yàn),得到了沙柳順紋浸泡材、生材和氣干材在平均應(yīng)變率為300,500和800 s-1條件下的破壞形態(tài),如圖4所示。

        圖4 沙柳順紋材在不同平均應(yīng)變率下的破壞形態(tài)Fig. 4 Failure mode of Salix psammophila specimens along grain at different average strain rates

        由圖4可看出,沙柳順紋材在霍普金森動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)中,在逐漸提高的平均應(yīng)變率下,試件的破壞程度隨之逐漸增大。在300 s-1的平均應(yīng)變率條件下,由于加載氣壓比較小,子彈的發(fā)射速度較小,撞擊桿所傳遞的動(dòng)能較小,此時(shí)只有氣干材試件沿著順紋加載的方向產(chǎn)生了裂紋,而由于水分與纖維之間存在摩擦力,浸泡材和生材試件只被輕微壓扁但并沒有產(chǎn)生明顯的裂紋。在500 s-1的平均應(yīng)變率條件下,由于加載的氣壓逐漸增大,發(fā)射子彈的速度逐漸增大,撞擊桿所產(chǎn)生的動(dòng)能逐漸增大,3組試件均被破壞,一些塊狀的碎屑沿著沙柳順紋方向剝落。在800 s-1的平均應(yīng)變率條件下,由于加載的氣壓繼續(xù)增大,發(fā)射子彈的速度繼續(xù)增大,使得撞擊桿所產(chǎn)生的動(dòng)能繼續(xù)增大,此時(shí)試件被壓潰成大量片狀碎屑,并且片狀碎屑上出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象,這些褶皺是由于載荷沿著順紋方向加載時(shí),木材主要通過細(xì)胞壁中微纖絲之間的滑移來耗散能量,而細(xì)胞壁中微纖絲滑移的積累最終表現(xiàn)為木材細(xì)胞壁的壁層縱向產(chǎn)生褶皺[14]。同時(shí),由于浸泡材和生材中水分與纖維之間的摩擦力作用,使這兩組試件中的細(xì)小片狀碎屑仍黏在一起,并未出現(xiàn)氣干材試件中細(xì)小片狀碎屑散落現(xiàn)象。

        3 結(jié) 論

        通過分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)獲得了沙柳順紋浸泡材、生材和氣干材在300,500和800 s-1平均應(yīng)變率條件下的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線和試件的破壞形態(tài),并對其進(jìn)行了分析,得到以下結(jié)論:

        1)沙柳順紋方向?qū)?yīng)變率較為敏感,有較明顯的應(yīng)變率效應(yīng),因此,建立沙柳的動(dòng)態(tài)力學(xué)本構(gòu)模型,對利用有限元模擬仿真的方法解決在實(shí)際工作中遇到的受到動(dòng)態(tài)載荷影響的問題更為可靠。

        2)沙柳順紋方向在動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)特性可分為彈性變形、塑性坍塌和失穩(wěn)壓潰3個(gè)階段。

        3)在將沙柳生材試件制作成氣干材試件,以及將氣干材試件制作成浸泡材試件的過程中,由于水分在其中的作用是不可逆的,所以即使在同樣的含水率條件下,沙柳浸泡材并不能代替生材為建立沙柳在接近工作環(huán)境下的動(dòng)態(tài)力學(xué)本構(gòu)模型做出參考。

        猜你喜歡
        順紋沙柳屈服應(yīng)力
        基于羥丙基纖維素制備乙醇凝膠推進(jìn)劑
        神木風(fēng)沙草灘區(qū)沙柳平茬復(fù)壯技術(shù)研究
        三明毛竹材的順紋抗拉力學(xué)性能分析
        潤滑劑對磁流變液屈服應(yīng)力的影響
        復(fù)雜流體的屈服應(yīng)力及其測定與應(yīng)用
        中國制筆(2020年2期)2020-07-03 09:20:52
        黔東南州杉木物理力學(xué)性能研究
        福建建筑(2020年6期)2020-07-03 05:46:52
        荷花情
        木粉和抗氧劑對廢舊PE-HD/沙柳復(fù)合材料性能的影響
        中國塑料(2016年12期)2016-06-15 20:30:07
        花甲老漢單騎走中國
        熱軋精軋屈服應(yīng)力系數(shù)與熱傳導(dǎo)系數(shù)厚度層別的優(yōu)化
        少妇精品偷拍高潮少妇在线观看| 真人作爱免费视频| 射死你天天日| 999zyz玖玖资源站永久| 日韩人妻无码一区二区三区久久| 国产中文欧美日韩在线| 爆爽久久久一区二区又大又黄又嫩| 六月丁香婷婷色狠狠久久| 亚洲av乱码专区国产乱码| 久久天堂精品一区专区av| 中文字幕在线乱码亚洲| 东北少妇不戴套对白第一次| 国产午夜福利不卡在线观看| 欧美放荡的少妇| 国产a三级久久精品| 久九九久视频精品网站| 中文字幕一区二区三区| 日本精品一区二区三区二人码 | 怡红院av一区二区三区| 亚洲色欲色欲www在线观看| 无码精品黑人一区二区三区| 久精品国产欧美亚洲色aⅴ大片 | 天干天干啦夜天干天2017| 国产欧美曰韩一区二区三区| 丰满人妻一区二区三区精品高清| 亚洲国产日韩综合天堂| 国产内射一级一片内射视频| 亚洲中文字幕成人无码| 亚洲av无码乱码国产麻豆穿越| 成人无码区免费AⅤ片WWW| 富婆叫鸭一区二区三区| 美女被男人插得高潮的网站| 亚洲av一二三四区四色婷婷| 最近免费中文字幕| 香蕉国产人午夜视频在线观看| 国产360激情盗摄一区在线观看| 中文字幕亚洲乱码熟女1区2区| 最近免费中文字幕中文高清6| 极品成人影院| 亚洲av无码专区在线亚| 免费人人av看|