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竹及竹地板宏观压入测试机理与有限元模拟
作 者: 葛建春
导 师: 朱一辛
学 校: 南京林业大学
专 业: 木材科学与技术
关键词: 毛竹 竹地板 压痕硬度 弹性功 瞬态动力学
分类号: TS653
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 14次
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内容摘要
本文在宏观尺度内基于压痕加载曲线研究毛竹及竹地板的压痕硬度,并且测试材料加卸载过程中的弹性功比例,采用ANSYS Workbench对毛竹加载受压过程进行瞬态动力学分析,旨在找出毛竹不同测试面、竹龄、不同部位、竹节以及材料结构对压痕硬度以及弹性功比例的影响,并通过有限元模拟分析毛竹加载受压过程的应力应变等变化规律,结果表明:基于压痕加载曲线的宏观压入测试可以进行小尺寸试样硬度的测量,便于测量毛竹各个面(端面、径切面、竹黄面、竹青面)的硬度,为竹材硬度测试方法的制定提供一定的参考。毛竹端面、径切面、竹黄面、竹青面压痕硬度值之间差异显著;竹节的存在增大了毛竹端面的硬度,降低了径切面、竹黄面、竹青面的硬度;不同竹龄毛竹竹青面硬度值差异不显著,而竹龄对毛竹端面、径切面、竹黄面硬度值的影响较为复杂,没有明显的线性规律;随着竹秆高度的增加,毛竹端面、径切面、竹黄面的硬度均有增加趋势,竹青面硬度随竹秆高度先增加,到梢部有降低趋势。单层侧拼竹地板与多层胶合竹地板硬度值不存在显著差异,而两者与重组竹地板硬度均存在显著差异;竹地板的密度与结构共同对板材的压痕硬度起到作用;竹节的存在降低了单层侧拼竹地板和多层胶合竹地板的硬度,但影响不显著。毛竹以及竹地板加卸载过程中的弹性功比例与压痕硬度不存在完全的相关性,两个物理量之间没有一一对应关系,不能用弹性功比例来表征材料的压痕硬度,可见材料的硬度是材料各种力学性能的综合体现,是一个较为复杂的性能指标。基于ANSYS Workbench对毛竹受球形压头加载过程进行瞬态动力学分析,得到整个加载过程变形的动态显示以及应力应变的变化规律。
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全文目录
致谢 3-4 摘要 4-5 Abstract 5-9 第一章 绪论 9-18 1.1 硬度测试的研究进展 9-14 1.1.1 不同测试方法硬度值之间的关系 9-10 1.1.2 影响硬度测试因素的相关问题 10-11 1.1.3 硬度与力学性能之间的关系 11-13 1.1.4 硬度与织构之间的关系 13 1.1.5 硬度与表面科学之间的相关问题 13-14 1.2 纳米压痕技术在木材科学中的应用 14-15 1.3 压痕硬度测试的有限元分析 15-16 1.4 选题的目的及意义 16-17 1.5 课题研究的内容、方法及创新点 17-18 1.5.1 课题研究的内容 17 1.5.2 课题研究的方法 17 1.5.3 课题研究的创新点 17-18 第二章 基于压痕加载曲线的毛竹硬度 18-33 2.1 材料与方法 18-20 2.1.1 试验材料 18 2.1.2 仪器与设备 18-20 2.1.3 试样的制取 20 2.1.4 试验方法 20 2.2 结果与分析 20-32 2.2.1 压痕加载曲线 20-21 2.2.2 毛竹各个面的硬度 21-22 2.2.3 毛竹竹节与节间硬度 22-23 2.2.4 不同竹龄毛竹硬度 23-29 2.2.5 毛竹不同部位硬度 29-32 2.3 本章小结 32-33 第三章 毛竹的压痕性能 33-46 3.1 材料与方法 33-34 3.1.1 试验材料 33 3.1.2 仪器与设备 33 3.1.3 试样的制取 33 3.1.4 试验原理 33-34 3.1.5 试验方法 34 3.2 结果与分析 34-45 3.2.1 毛竹各个面的弹性功比例 34-35 3.2.2 不同竹龄毛竹的弹性功比例 35-41 3.2.3 竹节对毛竹弹性功比例的影响 41-42 3.2.4 毛竹不同部位的弹性功比例 42-45 3.3 本章小结 45-46 第四章 竹地板压痕硬度 46-52 4.1 材料与方法 46-47 4.1.1 试验材料 46 4.1.2 仪器与设备 46-47 4.1.3 试样的制取 47 4.1.4 试验方法 47 4.2 结果与分析 47-51 4.2.1 三种竹地板的破坏载荷 47-48 4.2.2 程序控制 48 4.2.3 三种竹地板的压痕硬度 48-49 4.2.4 竹地板节部与节间硬度 49-51 4.3 本章小结 51-52 第五章 竹地板的压痕性能 52-56 5.1 材料与方法 52 5.1.1 试验材料 52 5.1.2 仪器与设备 52 5.1.3 试样的制取 52 5.1.4 试验方法 52 5.2 结果与分析 52-55 5.2.1 三种竹地板的弹性功比例 52-53 5.2.2 竹节对竹地板弹性功比例的影响 53-55 5.3 本章小结 55-56 第六章 有限元瞬态动力学分析 56-63 6.1 前言 56 6.2 问题描述 56 6.3 有限元计算模型的建立 56-58 6.3.1 创建几何模型 56-57 6.3.2 添加模型材料属性 57 6.3.3 划分网格 57-58 6.4 有限元模型加载与求解 58-60 6.4.1 施加载荷与约束 58-59 6.4.2 模型求解 59-60 6.5 有限元计算结果分析 60-62 6.6 本章小结 62-63 第七章 结论与建议 63-64 7.1 结论 63 7.2 建议 63-64 攻读学位期间发表的学术论文 64-65 参考文献 65-67
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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 木材加工工业、家具制造工业 > 加工工艺 > 人造板生产
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