變增量比值估計(jì)泊松比：
[0102] 產(chǎn)-(7) 從向y變
[0103] 根據(jù)橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變在純彎曲區(qū)段的變化規(guī)律，為保證泊松比的測試精度， 應(yīng)變花的橫向應(yīng)變片粘貼于梁上、下表面的中心點(diǎn)，而縱向應(yīng)變片要緊靠橫向應(yīng)變片粘貼， 如圖6所示。
[0104]測試木材泊松比，四點(diǎn)彎曲梁在其上、下表面的中心點(diǎn)各貼一枚應(yīng)變花，其縱向應(yīng) 變片和橫向應(yīng)變片分別按半橋接法。
[0105] 3.4推薦四點(diǎn)彎曲梁尺寸及其加載點(diǎn)位置
[0106]根據(jù)以上分析，推薦測試弦面或徑面彈性模量和泊松比的試件尺寸為280mmX 20mmX20mm(四點(diǎn)彎曲加載跨度為240mm，四點(diǎn)彎曲加載方式為1/3-1/3-1/3或1/4-1/2-1/ 4〇
[0107] 而測試橫面彈性模量和泊松比的試件尺寸為220mm X 20mm X 20mm(四點(diǎn)彎曲加載 跨度為180mm)，四點(diǎn)彎曲加載方式為1/4-1/2-1/4。
[0108] 主向彈性常數(shù)的試件可減少到180mmX 20mmX 20mm(試件長為220mm)。
[0109] 4木材彈性模量和泊松比靜態(tài)測試
[0110] 用四點(diǎn)彎曲梁測定西加云杉、油松和楊木彈性模量和泊松比，對于西加云杉還用 軸向拉伸試驗(yàn)測定彈性模量和泊松比，以便與四點(diǎn)彎曲測定結(jié)果進(jìn)行對比，以驗(yàn)證本文給 出的四點(diǎn)彎曲測試木材彈性模量和泊松比方法的正確性。
[0111] 4.1四點(diǎn)彎曲
[0112] 試件：西加云杉徑切面試件公稱尺寸300mm X 12.2mm X 12.2mm，數(shù)量5;油松弦切面 試件公稱尺寸30〇111111\12.2_\12.2111111，數(shù)量5。二者跨度皆為240_，1/3-1/3-1/3四點(diǎn)彎曲 加載方式；西加云杉橫切面試件公稱尺寸220mmX 12.2mmX 12.2mm數(shù)量4，跨度200mm, 1/4-1/4-1/4四點(diǎn)彎曲加載方式;加載:砝碼。
[0113] 徑切面和徑切面試件:下限載荷4.165N,上限載荷16.66N;
[0114] 橫切面試件下限載荷1.019N，上限載荷2.783N。
[0115]每一試件進(jìn)行三次試驗(yàn)，取第二、三次試驗(yàn)值的平均值作為該試件彈性模量和泊 松比測量值。
[0116] 泊松比和彈性模量按下式計(jì)算： r 1 Ai'j黃向平
[0117] .產(chǎn)- - 冋 Ei 變 ΔΡ/
[0118] E = -^-- (MPa) blrAi·,, ,"v
[0119] 式中：若b-mm，h-mm, ΛΡ-N, ε -με，則E的單位是MPa〇
[0120] 4.2軸向拉伸
[ΟΙ21 ] 試件：西加云杉徑切面試件公稱尺寸300mm X 40mm X 12 · 2mm，數(shù)量3，是與四點(diǎn)彎曲 試件從同一西加云杉大板(大板尺寸625mm X 107mm X 12.2mm)上下料的拉伸試件，故取與四 點(diǎn)彎曲試件相同的試件編號。
[0122] 在拉伸試件的兩表面上分別粘一枚應(yīng)變花，兩面上的橫向片、縱向片分別串聯(lián)，串 聯(lián)的縱向片接一通道橋盒A，B，串聯(lián)的橫向片接二通道橋盒A，B;補(bǔ)償片用另一試件，串聯(lián)的 縱向片接一通道橋盒B，C，串聯(lián)的橫向片接二通道橋盒B，C。這種接法是為了消除拉力不對 中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變，保證測量應(yīng)變只是軸向拉伸產(chǎn)生的應(yīng)變。應(yīng)變片輸出接YD-25A動靜態(tài) 應(yīng)變儀，應(yīng)變儀輸出橫向片的輸出分別接采集箱的一通道和二通道。
[0123] 加載:試驗(yàn)機(jī)連續(xù)加載，應(yīng)變片輸出接動態(tài)應(yīng)變儀，應(yīng)變儀輸出接采集箱并通過專 用軟件和計(jì)算機(jī)記錄縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變數(shù)據(jù)。
[0124] 數(shù)據(jù)處理:拉伸加載從下限載荷2kN到上限載荷3.5kN，記錄相應(yīng)的時間，從采集數(shù) 據(jù)的文卒文件讀取下限載荷到上限載荷的橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變值，取若干組數(shù)據(jù)，驗(yàn)證它 們的線性后，從斜率可以確定泊松比。也可簡單地按下式計(jì)算泊松比和彈性模量：
[0125] ^ = 縱向吩4: ΛΡ
[0126] E = -(MPa) Dll Δ占縱向恥變
[0127] 式中：若b-mm，h-mm, ΛΡ-Ν, ε -με ,則E的單位是MPa〇
[0128] 4.3西加云杉和油松彈性模量和泊松比測試
[0129] 西加云杉和油松彈性模量和泊松比四點(diǎn)彎曲和拉伸試驗(yàn)的靜態(tài)測試值如表5所 不。
[0130]表5西加云杉和油松彈性模量和泊松比靜態(tài)測試值（四點(diǎn)彎曲梁跨度240mm、 180mm)
[0131]
[0132] 從表5數(shù)據(jù)看到，四點(diǎn)彎曲和軸向拉伸試驗(yàn)測試的西加云杉徑切面的彈性模量和 泊松比極為一致，雖然試驗(yàn)數(shù)量少些，但也表明了本文給出的四點(diǎn)彎曲測試彈性模量和泊 松比的方法是可靠的，并具有足夠地精度。
[0133] 5.結(jié)論
[0134] 5.1根據(jù)ANSYS shell6.3單元的靜應(yīng)力、應(yīng)變分析，四點(diǎn)彎曲梁不存在〇y = 0的點(diǎn)， 對于正向各向異性的木材，四點(diǎn)加載的彎曲梁上的_ey/ex值恒小于泊松比值，而采用適當(dāng)?shù)?試件尺寸或四點(diǎn)彎曲加載方式，用梁跨中上或下表面的中心點(diǎn)_e y/ex估計(jì)泊松比具有足夠 地精度；
[0135] 5.2測木材弦切面、徑切面泊松比推薦試樣尺寸28〇111111\2〇111111\2〇111111，按1/3-1/3-1/3四點(diǎn)彎曲加載，實(shí)現(xiàn)四點(diǎn)彎曲加載尺寸為240mmX 20mmX 20mm;測橫切面泊松比推薦試 樣尺寸220mm X 20mm X 20mm，按1/4-1/2-1/4四點(diǎn)彎曲加載，實(shí)現(xiàn)四點(diǎn)彎曲加載尺寸為200mm X 20mmX 20mm；
[0136] 5.3四點(diǎn)彎曲梁測試泊松比，應(yīng)變片貼在中間跨的中心點(diǎn)，以橫向片對準(zhǔn)中心點(diǎn)位 置；
[0137] 5.4四點(diǎn)彎曲梁實(shí)用于測試木材El，Ετ，Er，Ult，Rr，yRT，μτι，Prl，Ptr等9個主向彈性常 數(shù)；
[0138] 5.5四點(diǎn)彎曲梁測定木材泊松比，采用試驗(yàn)機(jī)加載或砝碼加載。試驗(yàn)機(jī)加載推薦下 限載荷300N，上限載荷700N;砝碼加載，以縱向片應(yīng)變差值不要小于100με設(shè)計(jì)上、下限載荷 值。
[0139]綜上所述，由于木材的順紋彈性模量一般要比相應(yīng)的剪切模量大一個數(shù)量級，故 剪力對四點(diǎn)彎曲木梁跨中撓度的影響是不容忽略的，應(yīng)變參數(shù)測量值比跨中撓度測量值能 更精確地推算出木材的彈性模量。根據(jù)ANSYS靜應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算，四點(diǎn)彎曲梁中雖不存在橫 向應(yīng)力 Oy = 〇的點(diǎn)，但采用適當(dāng)?shù)脑嚰叽绾退狞c(diǎn)彎曲加載點(diǎn)位置，用梁跨中上、下表面中 心點(diǎn)的-4/εχ測量值估計(jì)木材泊松比具有足夠地精度；四點(diǎn)彎曲梁測試泊松比，十字應(yīng)變花 貼在純彎曲段上下表面的中心點(diǎn)上，使橫向應(yīng)變片對準(zhǔn)中心點(diǎn)位置，縱向應(yīng)變片緊靠橫向 應(yīng)變片粘貼；四點(diǎn)彎曲梁適用于測試木材彈性模量和泊松比等9個主向彈性常數(shù)。另外，對 于四點(diǎn)彎曲梁，特別是木質(zhì)梁可以用試驗(yàn)機(jī)加載，也可以用砝碼加載，對于300mm X 20mmX 20mm柞木試件，1/3-1/3-1/3跨度1 = 240mm的四點(diǎn)彎曲加載，根據(jù)我們的試驗(yàn)，即試驗(yàn)機(jī)和 砝碼的兩加載方式測試的泊松比是一致的，從這種意義上說，對于木材，可以用砝碼加載的 四點(diǎn)彎曲梁測試泊松比，砝碼加載簡單，易于實(shí)現(xiàn)，有其優(yōu)越性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 提高四點(diǎn)彎曲梁測試木材彈性模量和泊松比精度的方法，所述彎曲梁為寬b、厚h的 長方體，加載跨度長1，其特征是:橫向應(yīng)變片貼在彎曲梁的中間跨中心點(diǎn)位置，縱向應(yīng)變片 與橫向應(yīng)變片接觸;長厚比ι/h為16~20;寬厚比b/h為1~2。2. 如權(quán)利要求1所述的提高四點(diǎn)彎曲梁測試木材彈性模量和泊松比精度的方法，其特 征是:所述加載點(diǎn)位置按1/3-1/3-1/3、1/4-1/2-1/4或1/5-31/5-1/5四點(diǎn)彎曲加載。3. 如權(quán)利要求2所述的提高四點(diǎn)彎曲梁測試木材彈性模量和泊松比精度的方法，其特 征是：測木材弦切面、徑切面泊松比時，彎曲梁尺寸280mmX 20mmX 20mm,按1/3-1/3-1/3四 點(diǎn)彎曲加載，加載跨度1為240mm。4. 如權(quán)利要求2所述的提高四點(diǎn)彎曲梁測試木材彈性模量和泊松比精度的方法，其特 征是:測木材橫切面泊松比時，彎曲梁尺寸220mm X 20mm X 20mm，按1/4-1/2-1/4四點(diǎn)彎曲加 載，加載跨度1為240mm。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠提高四點(diǎn)彎曲梁測試木材彈性模量和泊松比精度的方法，該方法中，所述彎曲梁為寬b、厚h的長方體，加載跨度長l，橫向應(yīng)變片貼在彎曲梁的中間跨中心點(diǎn)位置，縱向應(yīng)變片與橫向應(yīng)變片接觸；長厚比l/h為16～20；寬厚比b/h為1～2。
【IPC分類】G01N3/22, G01N3/08
【公開號】CN105547861
【申請?zhí)枴緾N201610083810
【發(fā)明人】王正, 王剛剛, 高子震, 王韻璐, 曹瑜, 李敏敏
【申請人】南京林業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月6日