1. 研究目的与意义
人造板是以木材或其他非木材植物纤维为原料,经过一定机械或者化学加工,分离成各种单元材料,继而施加或不施加胶粘剂并加热加压后制成的板材。主要包括胶合板、刨花板和纤维板三类板材。随着科技的进步,该三类板材按照不同功能要求,又相互组合成植物纤维复合材料或植物纤维工程材料。人造板工业是高效利用木材等植物纤维资源、缓解木材供需矛盾的重要产业,也是世界林产工业的支柱产业。随着我国经济的发展、人民生活水平的提高,人造板利用量必将增多,因而对人造板断裂韧性的研究将具有一定的实用价值和经济价值。
人造板粘接技术在人造板工业中起着重要的作用,人造板粘接制品粘接性能的好坏,在很大程度上受木材自身性能的影响。木材方面影响其粘接性能的因素,既有木材固有的,也有木材在加工过程中所产生的。前者包括木材的密度、树种、抽提物、ph等,后者包括木材的含水率、表面粗糙度等。
天然木材是自带缺陷的,并且木材在加工成人造板和水分循环变化过程中也会产生裂纹,在这些缺陷附近或者裂纹尖端都可能出现应力的奇异性。这些缺陷在使用过程中将逐渐发展成为裂纹,而裂纹的扩展导致了构件的断裂。断裂韧性是材料的基本性能之一,准确地测定人造板的断裂韧性对于保证结构安全和提高承载效率至关重要。
2. 国内外研究现状分析
断裂力学最初主要针对均质、各向同性材料,是在研究脆性材料的基础上发展起来的,但用于结构工程中的很多材料是非均质、各向异性的,如人造板和木材。现阶段,对木材的断裂韧性有一定研究。而断裂韧度是表征材料对裂纹扩展抵抗能力的重要力学参数。
stanzl-tschegg讨论了木材裂纹扩展阻力基于能源上的考虑。k-c恒荷载位移曲线的方法已被用于获取i型的两个不同方向的裂纹扩展阻力曲线模式。这些裂纹扩展阻力曲线在木材裂纹拓展比lefm裂纹扩展参数kic等给出一个更相关和准确的结果。
sandhya samarasinghe等在1999年对新西兰辐射松弦向进行了断裂韧性试验,分析了试样的密度及裂纹角度与断裂韧性的关系。
3. 研究的基本内容与计划
(1)刨花板的i型裂纹应力强度因子和断裂韧度测试方法的研究,主要包括试件尺寸和参数选择对断裂韧性测试的影响。
试样取样尺寸为 130 系列lwb=1503517.5(mm),80 系列:lwb=1002013(mm)(l是试样长度,w 是试样宽度,b 是试样厚度)
因为在用锋利刀片预制裂纹前缘时很难保证其前缘的平直性,所以裂纹长度 a 是在试样断裂后从断口上测量的。测量时测出五个裂纹长度 a1~a5,裂纹长度由下式计算:a =1/3(a2 a3 a4)而且要求 a2、a3、a4、中任意两个测量值之差不于 10%a,表面上裂纹长度 a1、a5与 a之差不大于 10% a,a1与 a5之差也不大于 10% a。
4. 研究创新点
本文的创新点在于以木材的I 型断裂韧性为依托,研究了刨花板力学性能及I型断裂韧性,探索刨花板的力学性能以及断裂韧性。
目前国内关于断裂韧度测试在人造板胶合强度测试中的研究较少,本实验通过测试人造板的顺纹断裂韧度,并进行分析与比较,与传统的胶合强度做对比,探索断裂韧度作为测试人造板胶合强度的可行性。
