测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法

兰昕苑; 王正; 邹红艳; 齐亮; 王军; 陈清平

doi:10.13360/j.issn.2096-1359.202404009

林业工程学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (01) : 136 -143. DOI: 10.13360/j.issn.2096-1359.202404009

测试木材剪切模量的悬臂方板扭转振动法

兰昕苑, 王正, 邹红艳, 齐亮, 王军, 陈清平

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摘要

为提高动态测试木材主向剪切模量的精度和适用性，提出了一种动态测试木材主向面上2个相互垂直方向剪切模量的方法，即悬臂方板扭转振动法。首先根据能量原理和回归分析得到悬臂方板扭转振动法测试木材主向剪切模量的推算公式及其相应的(弦向面LT向、径向面LR向和横切向面RT向)悬臂方板振型系数公式；然后得到弦向面TL向悬臂方板的振型系数公式，以此测试木材弦向面TL向的剪切模量；最后对6个树种、3个木材主向和宽厚比6～30的悬臂方板进行木材主向剪切模量仿真计算。从仿真结果分析了利用悬臂方板扭转振动法测试木材主向剪切模量的有效性；同时，宽厚比为15的悬臂方板用于测试木材主向剪切模量具有足够精度。通过应用悬臂方板扭转振动法测试了落叶松[Larix gmelinii(Rupr.) Kuzen]弦向面LT向(试件长和宽分别沿木材L向和T向)和TL向(试件长和宽分别沿木材的T向和L向)的剪切模量以及杨木LVL板材的纵向和横向剪切模量。研究结果表明：对于宽厚比约为15和10的悬臂方板，落叶松LT向与TL向的剪切模量测试值之比分别为1.09和1.16;而LVL纵向与横向剪切模量测试值之比分别为1.01和1.14。悬臂方板扭转振动法测试落叶松LT向剪切模量的有效性得到了非对称四点弯曲梁法(静态)和自由板扭转振型法、自由方板扭转模态法(动态)的试验验证。因此，悬臂方板扭转振动法成功地表明木材主向面上相互垂直方向的剪切模量在数值上存在差异，其差异大小与悬臂方板的宽厚比有关。