木構(gòu)件釘結(jié)合持久蠕變研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-17 00:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 vin基本體模型在恒定應(yīng)變的載荷條件下，粘性元件作用不再存在，形變?yōu)閱渭儚椈蔂顟B(tài)下的應(yīng)力響應(yīng)，故不會有松弛。因此Kelvin模型又稱蠕變模型。Burgers模型（c），這種模型的連續(xù)變形是由瞬間彈性變形、延遲彈性變形和黏性流動變形組成[7,8],即: εt=εe+εde+εv=σ0Ke+σ0Kde1eKdeηde?t+σ0ηvt=σ0Ke+σ0Kde1etτ+σ0ηvt (7)式中: Ke為瞬時彈性模量, Kde 為延遲彈性模量, ηv、ηde分別為黏性系數(shù)和延遲黏性系數(shù),τ為延遲時間。 Kelvin、Maxwell標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型 Kelvin、Maxwell標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型（a）為Kelvin標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型，表示彈簧和Kelvin模型串聯(lián)的情況，力σ在串聯(lián)的兩個環(huán)節(jié)中是一樣的。伸長ε則為二者之和，彈簧中： Kelvin模型中： 對上式微分后帶入各關(guān)系式： (8)（b）為Maxwell標(biāo)準(zhǔn)線性固體，表示彈簧和Maxwell基本體模型并聯(lián)的情況。兩環(huán)節(jié)的ε相同，而。Maxwell模型的伸長由彈簧K1和阻尼器η1共同構(gòu)成。σ=σ1+σ2=K2ε+η1dεdtη1K1dσdt+K2K1η1dεdt ,通乘以K1/n1后，整理得： (9) 蠕變曲線特性采用理論模型是為了把復(fù)合材界面蠕變用較直觀的方法表示出來。由于界面材料包括膠粘劑及木材淺表層和碳纖維層，其中木材和膠粘劑均為典型的粘彈性材料，因此界面具有典型的高分子所具備的粘彈性。在一定的應(yīng)力水平下，這兩種基體物質(zhì)都會有蠕變的特性，但其復(fù)合材料界面是否有這樣的特性，在確定蠕變理論模型前，需要對試驗曲線作簡要分析。通過對復(fù)合材界面蠕變試驗的時間曲線進(jìn)行分析，得出界面蠕變曲線有以下4個特性：（1）當(dāng)施加應(yīng)力后，立刻產(chǎn)生瞬時的彈性應(yīng)變，所以流變模型中應(yīng)包括彈性元件。材料的彈性可用虎克體，即用一彈性元件（彈簧）來表示，其力學(xué)響應(yīng)瞬間完成，本構(gòu)關(guān)系即為虎克定律的表達(dá)式：。（2）試驗中的蠕變曲線都反映出應(yīng)變隨時間增大而增大的趨勢，因此流變模型中應(yīng)包括粘性元件。材料的線性粘性可用牛頓液體，即一個假想的粘性元件（粘壺）來表示。其本構(gòu)關(guān)系可寫為：。式中為剪切粘滯系數(shù)，一般簡稱為“粘度”。（3）當(dāng)施加應(yīng)力水平后，應(yīng)變隨時間增大，存在著塑性變形，所以流變模型應(yīng)包括塑性元件。材料的塑性可用塑性體，即兩個相互接觸的摩擦滑塊來表示。它們之間在受力時產(chǎn)生摩擦力，最大值為f，當(dāng)作用應(yīng)力小于時，應(yīng)變?yōu)榱悖划?dāng)達(dá)到或大于時，變形為任意值。（4）在低應(yīng)力水平作用下的蠕變曲線，隨時間的增長，變形將趨于某一定值，與廣義Kelvin模型曲線相似。其蠕變變形由三個部分組成：第一部分是彈性變形，第二部分是延遲彈性變形，這種變形是隨時間而變化的，可以用彈簧和阻尼器并聯(lián)起來去模擬，第三部分是高分子的相互滑移引起的粘性流動，可以用一個阻尼器模擬?？傋冃蔚扔谌糠肿冃蔚目偤汀?流變模型選擇原則材料流變模型的選擇與確定，應(yīng)該遵循兩個原則：（1）模型能夠很好地反映材料的力學(xué)特性；（2）模型應(yīng)盡可能簡單、直觀，便于工程應(yīng)用。根據(jù)界面材料時間撓度曲線，可用上述三種模型：Maxwell標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型、Kelvin標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型和Burgers四元件模型來描述界面材料在短時應(yīng)力作用下的粘彈性行為。 burgers模型選用 木材蠕變曲線3階段圖一般而言。圖中第一階段為初期蠕變（暫時蠕變）階段，εt曲線向上彎曲，其應(yīng)變速率逐漸遞減，因此亦稱衰減蠕變階段。第二階段為穩(wěn)態(tài)蠕變（等速蠕變），該階段內(nèi)，曲線斜率保持不變，應(yīng)變速率呈定值穩(wěn)定狀態(tài)。這個區(qū)段歷時的長短主要取決于應(yīng)力水平。第三階段為試件達(dá)到破壞前應(yīng)變速率呈加速增長的第三期蠕變，這種蠕變將導(dǎo)致試件迅速破壞。木構(gòu)件釘結(jié)合持久程度主要是釘與木材的摩擦阻力，它們之間相互影響，但通過握釘力試驗觀察，發(fā)現(xiàn)螺釘?shù)尼旪X未發(fā)生變形，也沒有任何破損的情況，木材與釘結(jié)合部分有少量木屑產(chǎn)生。推斷其持久蠕變主要取決于木材本身的持久蠕變。然而描述木材的蠕變特性時，常常選用Burgers蠕變模型【12】，蠕變曲線開始時一般存在一定的瞬時變形，然后剪應(yīng)變指數(shù)遞減的速率增長，最后應(yīng)變速率逐漸趨近于穩(wěn)定，其蠕變特性與典型的Burgers模型蠕變特性曲線（）較接近。Burgers蠕變模型由Kelvin模型與 Maxwell模型串聯(lián)而成。 Burgers模型 Burgers模型曲線因此本試驗擬采用Burgers模型描述曲線的一、二階段，根據(jù)具體的試驗數(shù)據(jù)檢驗是否吻合Burgers模型曲線。 3 試驗材料與方法 試驗材料SPF ——云杉（Spruce）松木（Pine）冷杉（Fir），規(guī)格：40x90x4000mm，密度：4000g/m179。,一等材，木材外觀明亮、潔凈，顏色由白色到淺黃色不等，紋路細(xì)微筆直、質(zhì)地光滑。膠合板，7層。螺紋釘：長度40mm，；長度30mm。 試驗用儀器與設(shè)備高低溫濕熱試驗箱，型號：GDS100；電源電壓：AC380V；工作室尺寸：270X400X680；電源頻率：50HZ；溫度范圍：0～100℃；濕度范圍：15～98%RH。溫度波動度：177?！妫粶囟染鶆蚨龋?77。2℃。微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)：型號UTM4304，最大試驗力30KN。其它加工工具：電動切割機(jī)、直尺、螺旋測微儀、螺絲刀、轉(zhuǎn)孔機(jī)、鉛筆等。本試驗欲通過不同材料在相同應(yīng)力水平不同溫濕度、相同溫濕度不同應(yīng)力水平的蠕變曲線測試，采用相關(guān)蠕變模型分析釘在持久作用力下的蠕變特型。 試驗設(shè)計數(shù)據(jù)表編號材料釘長應(yīng)力干球溫度相對濕度狀態(tài)表示SPF1SPF4070%2591%狀態(tài)一SPF2SPF4085%2591%狀態(tài)一SPF3SPF4040%6090%狀態(tài)四SPF4SPF4060%6090%狀態(tài)四SPF5SPF4070%4040%狀態(tài)二SPF6SPF4040%5060%狀態(tài)三SPF7SPF4050%6090%狀態(tài)四SPF8SPF4
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