木構件釘結合持久蠕變研究畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-08-07 00:44本頁面
【正文】 蠕變特性 25 不同材料蠕變特性比較 29 Burger模型應用分析 305 結論 34致謝 35參考文獻 36 1 前言所謂“蠕變”即在恒定應力作用下，材料的應變隨時間的延長而逐漸增大的特性[1]。聚合物、生物體、地質材料、復合材料和智能材料的迅建發(fā)展。并取得了很多的新進展。蠕變力學即為其中之一蠕變力學考慮材料時間相關的力學行為。蠕變力學在航空航天、動力、化工 機械、能源地下工程中有廣泛的應用，我國蠕變力學的研究，在金屬材料、聚合物及其復合材料、巖土、生物、地學等方面都有相當多的研究成果[2]。20世紀80 年代以后,由于我國可用于木結構建筑的木材逐漸減少，用純木結構建造的建筑被迫停建。由于24規(guī)格的木材在木結構框架中被大量使用，因此木結構框架俗稱為“24”結構?！?4”房屋之所以倍受青睞，是由于它有如下諸多優(yōu)點：a、冬暖夏涼。這一特點帶來的好處是大大節(jié)省了用于房屋供暖和降溫的能源支出。c、卓越的透氣性。d、卓越的吸音性能。e、利于環(huán)保。同時，加拿大所產木材均來自可再生的森林，并能夠被有效地循環(huán)使用。這是由于木材易于割鋸、搬運、操作和安裝。對于木結構建筑而言，我們往往注重研究其防火、防蟲、防腐以及防水性能，希望延長其使用壽命。對于木材蠕變性能的研究已經相對很成熟，影響木質材料蠕變性能的因素很多，大致可分以下幾種：材料種類、應力水平、加載方式(即載荷特性、加載方向)和環(huán)境條件(溫度和相對濕度) [5]。環(huán)境的相對濕度與木材的含水率有很大關系，而含水率不同，木材的蠕變性能也不相同。由于水分的介入，能破壞木材組織內的氫鍵結構，使木材內部纖維素分子鏈間距增大，屏蔽大分子間的相互作用力，從而增加了大分子的柔度，使鏈段易于運動，這給木材組分的運動提供了足夠的空間，使得木質材料在長期外載作用下更易于變形。木質材料內部溫度升高，會有兩方面的變化：（1）內含能量水平的瞬間變化；（2）永久性結構重組。在木質材料的玻璃態(tài)轉化點，它的每個聚合單體都獲得足夠的能量來減弱相互間的吸引力并激發(fā)內部分子運動。[6]的研究表明，木質刨花板受彎時，環(huán)境溫度與相對濕度極大地影響了試材的蠕變形變，且當溫度從20℃到30℃時，蠕變變形比從10℃到20℃更大；相對濕度從65％～90％的蠕變比從30％～65％時蠕變更大，并且環(huán)境濕度比溫度對蠕變的影響更大。連接是木結構重要的組成部分,而釘連接具有充分的緊密性和韌性,制作簡單,安全可靠,是木結構中常用的一種連接。但往往釘的蠕變現象卻被我們大多數人所忽視。 國內外研究現狀國內外的專家一直致力于對金屬的持久蠕變性能的研究。當然對于蠕變變形機理、蠕變斷裂機理以及如何提高蠕變性能的方法已研究的相對透徹與成熟[9]。 研究目的、意義釘結合是一種操作簡便的連接方式，被廣泛應用于我國傳統木工和現代木結構建筑中，過去使用的釘主要主要是木釘和竹釘，現在主要采用金屬釘，包括只直釘、螺釘等。有時釘結合僅起輔助作用。木材及木質材料都是粘彈性材料，釘結合也將表現粘彈性[10]。同時對于延長木結構建筑的使用年限以及提高其安全性也有一定的借鑒和幫助。 課題研究創(chuàng)新點a、首次對木構件的釘結合持久蠕變進行研究；b、首次研究不同環(huán)境條件下釘結合的蠕變特性規(guī)律。其中一部分質點是純粘性的，另一部分質點是純彈性的。作為純粘性質點的元件一般是阻尼，其特性為形變速率與施力的大小成正比（符合dεdt=ση 關系）。這里所說的粘彈性模型都是一維的。 Maxwell、Kelvin、Burgers模型最簡單的組合是一個彈性元件和一個粘性元件串聯或并聯起來。兩元件串聯的結構成為Maxwell模型，并聯稱為Kelvin模型（或Voigt模型）。Maxwell模型（a）受拉伸應力σ時，彈簧和阻尼器中產生的應力是相等的。Kelvin模型（b）受拉伸時，兩元件的伸長是一致的，并且就等于系統的總伸長。σ=σS+σD （5）所以 ，或寫為一般形式： …（6）Maxwell模型由一個彈簧和一個阻尼器串聯而成，所以蠕變特性實際是上符合粘性元件特性的，即具有長時間的粘性流動。這就是Maxwell模型的局限性所在。粘性元件逐漸伸長同時負荷逐漸降低，而彈簧則逐漸收縮，直至趨于完全恢復。由于Maxwell模型能描述松弛特性而不能確切的描述蠕變特性，所以Maxwell模型又叫做松弛模型。Kelvin基本體模型在恒定應變的載荷條件下，粘性元件作用不再存在，形變?yōu)閱渭儚椈蔂顟B(tài)下的應力響應，故不會有松弛。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分別為黏性系數和延遲黏性系數,τ為延遲時間。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系式： (8)（b）為Maxwell標準線性固體，表示彈簧和Maxwell基本體模型并聯的情況。Maxwell模型的伸長由彈簧K1和阻尼器η1共同構成。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。通過對復合材界面蠕變試驗的時間曲線進行分析，得出界面蠕變曲線有以下4個特性：（1）當施加應力后，立刻產生瞬時的彈性應變，所以流變模型中應包括彈性元件。（2）試驗中的蠕變曲線都反映出應變隨時間增大而增大的趨勢，因此流變模型中應包括粘性元件。其本構關系可寫為：。（3）當施加應力水平后，應變隨時間增大，存在著塑性變形，所以流變模型應包括塑性元件。它們之間在受力時產生摩擦力，最大值為f，當作用應力小于時，應變?yōu)榱悖划斶_到或大于時，變形為任意值。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。 流變模型選擇原則材料流變模型的選擇與確定，應該遵循兩個原則：（1）模型能夠很好地反映材料的力學特性；（2）模型應盡可能簡單、直觀
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