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Timoshenko自由梁迭代法计算木材弹性模量和剪切模量的适用性

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[目的]基于试验探究Timoshenko自由梁迭代法计算木材弹性模量和剪切模量的适用性,重点考虑木材弹性模量和剪切模量的测试精度,寻求梁试件合适的长厚比.[方法]通过山毛榉、云杉-松-冷杉(SPF)和单板层积材(LVL)试件截短试验,动态测试不同长厚比试件的频谱,从频谱图上读出自由梁的第一阶和第二阶弯曲频率;应用迭代程序计算木材和木质复合材料的弹性模量和剪切模量;采用自由杆件扭转振动法和自由板扭转振型法验证自由梁迭代法计算剪切模量的有效性.[结果]存在一个与树种有关的试件长厚比下限值,当试件长厚比小于该下限值时,自由梁迭代法不能计算出正常的弹性模量和剪切模量或根本计算不出弹性模型和剪切模量;自由梁迭代法计算出的弹性模量高于Euler自由梁法计算出的弹性模量,其程度与试件长厚比有关,仅当试件长厚比大于24时其偏高值才在4％以内;自由梁迭代法计算出的剪切模量与矩形截面因子k取值有关,当k取0.833和0.913时,分别高于自由杆件扭转振动法(自由板扭转振型法)剪切模量测试值12.2％和2.3％(19.9％和9.3％).[结论]为保证自由梁迭代法测试精度,推荐采用长厚比20～24的梁试件动态测试其第一阶和第二阶弯曲频率,并用矩形截面因子取0.913进行迭代计算木材的弹性模量和剪切模量.
Applicability of Timoshenko Beam Iterative Method to Calculate Wood Elastic Modulus and Shear Modulus

王正、周宇昊、沈肇雨、何宇航

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南京林业大学材料科学与工程学院 南京 210037

固有频率 Timoshenko自由梁迭代法 弹性模量 剪切模量 适用性 测试精度

江苏省现代农业产业单项技术研发项目(2021)

CX213049

2022

10.11707/j.1001-7488.20220818

林业科学
中国林学会

林业科学

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.272
ISSN：1001-7488
年,卷(期)：2022.58(8)
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