重组竹材料强度参数实验方案.docx
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重组竹材料强度参数实验方案
重组竹纵向拉伸实验方案
1.实验目的
对重组竹进行纵向抗拉实验,在比例极限内按应力与应变关系,肯定重组竹纵向抗拉弹性模量;按最大加载力与面积的关系,肯定重组竹纵向抗拉极限强度。
2.实验设备
本次实验所用设备有:
SANS全能力学实验机、TDS-530静态数据收集系统。
3.实验概述
试件制作
参考《建筑用竹材物理实验方式》JG/T199-2021关于竹材抗拉试件的相关要求,本次实验采用的竹材抗拉试件尺寸如图所示,夹头结尾到有效区间始端弧度依照标准半径R=280mm,有效区域长度L0=70mm,宽度W0=8mm,厚度T0=8mm;试件总长度L=250mm。
试件编号依次为:
1-1,1-2……1-30。
试样长度、宽度和厚度的允许误差为
,整个试样上各尺寸的相对误差,不该大于0.1mm。
图纵向抗拉试件尺寸
实验步骤
(1)测量三次抗拉试件有效区域(中间段长度70mm)宽度和厚度,取平均值并记录;标记抗拉试件有效区间中线,用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。
(2)在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。
实验采用的应变片栅格大小为20mm×3mm,灵敏系数为。
(3)将抗拉试件安装到实验机上,并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据收集系统连接,测定收集仪电压与荷载转换系数K为。
(4)随机选取6个试件测定材料的弹性区间,最终肯定的弹性循环区间为1000~2000N;加载速度为50N/s。
由程序控制的加载制度如下:
1.力控制50N/s,目标力控制1000N(下限荷载值);
2.力控制50N/s,目标力控制2000N(上限荷载值);
3.力控制50N/s,目标力控制800N(倍下限荷载值);
4.力控制50N/s,目标位移控制100mm。
其中,步骤1~3循环6次。
(5)计算。
计算弹性模量和极限拉应力。
在六次循环加载中,取后四次平均值别离按式3-1计算弹性模量。
按式3-2计算抗拉强度。
(3-1)
式中:
——抗拉弹性模量,MPa;
——受拉荷载增量,N;
——受拉纵向应变增量;
A——试件有效截面面积,
。
(3-2)
式中:
——抗拉强度,MPa;
——极限拉力,N;
A——试件抗拉截面积,
。
参考GB1938-91《木材顺纹抗拉强度实验方式》,试样含水率为9%~15%时,顺纹抗拉强度按3-3式计算,准确至。
(3-3)
式中:
——试样含水率为12%时的抗拉强度,可取
;
——试样含水率,%。
实验结果
表重组竹纵向抗拉强度、弹性模量
试件
编号
截面长(mm)
截面宽(mm)
截面积(mm2)
最大力(kN)
抗拉强度(MPa)
弹性模量(MPa)
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-8
1-9
1-10
1-11
1-12
1-13
1-14
1-15
1-16
1-17
1-18
1-19
1-20
1-21
1-22
1-23
1-24
1-25
1-26
1-27
1-28
1-29
1-30
平均值
标准差
重组竹纵向紧缩实验方案
1.实验目的
重组竹纵向紧缩实验时,在比例极限阶段内以应力、应变的关系,肯定重组竹纵向抗压弹性模量;按最大加载力与面积的关系,肯定重组竹纵向抗压强度。
2.实验设备
微机控制电液伺服压力实验机(最大负荷1000kN)及TDS-530静态数据收集系统。
3.实验概述
试件制作
参考ASTMD143-09关于竹材抗压试件的相关要求,本次实验采用的竹材纵向抗压试件尺寸如图所示。
试件编号依次2-1,2-2……2-15。
试样长度、宽度和厚度的允许误差为
,整个试样上各尺寸的相对误差,不该大于0.1mm。
本实验设计尺寸为50mm×50mm×200mm。
图纵向抗压试件尺寸
实验步骤
(1)测量三次抗压试件截面长度、宽度和试件高度,精准至mm,取平均值并记录;称量每一个抗压试件质量,并记录。
(2)选取竹丝纹理清楚、大体无缺点的两对面,标记侧面中心线并粘贴应变片。
实验采用应变片栅格大小为20mm×3mm,灵敏系数为。
(3)将抗压试件安装到实验机,并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据收集系统连接。
(4)随机选取6个试件测定重组竹纵向抗压的弹性区间,最终肯定的弹性循环区间为30~150kN;加载速度为700N/s。
由程序控制的加载制度如下:
1.力控制700N/s,目标力控制30kN(下限荷载值);
2.力控制700N/s,目标力控制150kN(上限荷载值);
3.力控制700N/s,目标力控制24kN(倍下限荷载值);
4.力控制700N/s,目标力控制1000kN。
其中,步骤1~3循环6次;全程加载时间约50分钟。
(5)计算。
计算弹性模量、泊松比和极限压应力。
在六次循环加载中,取后四次平均值别离按式3-1和3-2计算弹性模量和泊松比。
6次加载循环完后继续加载,加载制度700N/S,试件进入非线性变形后,改用位移控制单调加载,加载速度为1mm/min,直至试件破坏。
按式3-3计算抗压强度。
(3-1)
式中:
——弹性模量,MPa;
——荷载增量,N;
——纵向应变增量;
A——试件抗压截面积,
。
(3-2)
式中:
——泊松比;
——横向应变;
——纵向应变。
(3-3)
式中:
——抗压强度,MPa;
——极限压力,N;
A——试件抗压截面积,
。
3.2.3实验结果
表3.1重组竹纵向抗压强度、弹性模量和泊松比表
试件
编号
边长a
(mm)
边长b
(mm)
抗压截面积(mm2)
极限压力(kN)
极限压应力(MPa)
弹性
模量(MPa)
泊松比
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
2-9
2-10
2-10
2-12
2-13
2-14
2-15
平均值
标准差
变异
系数
重组竹横向紧缩实验方案
1.实验目的
重组竹横向紧缩实验时,在比例极限阶段内以应力、应变的关系,肯定重组竹横向抗压弹性模量;按最大加载力与面积的关系,肯定重组竹横向抗压强度。
2.实验设备
微机控制电液伺服压力实验机(最大负荷1000kN)及TDS-530静态数据收集系统。
3.实验概述
试件制作
参考ASTMD143-09关于竹材抗压试件的相关要求,本次实验采用的竹材横向抗压试件尺寸如图所示。
试件编号依次3-1,3-2……3-15。
试样长度、宽度和厚度的允许误差为
,整个试样上各尺寸的相对误差,不该大于0.1mm。
本实验设计尺寸为50mm×50mm×150mm。
图横向抗压试件尺寸
实验步骤
(1)测量三次抗压试件截面长度、宽度和试件高度,精准至mm,取平均值并记录;称量每一个抗压试件质量,并记录。
(2)选取竹丝纹理清楚、大体无缺点的两对面,标记侧面中心线并粘贴应变片。
实验采用应变片栅格大小为20mm×3mm,灵敏系数为。
(3)将抗压试件安装到实验机,并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据收集系统连接。
(4)随机选取6个试件测定重组竹纵向抗压的弹性区间,最终肯定的弹性循环区间为30~150kN;加载速度为700N/s。
由程序控制的加载制度如下:
1.力控制700N/s,目标力控制30kN(下限荷载值);
2.力控制700N/s,目标力控制150kN(上限荷载值);
3.力控制700N/s,目标力控制24kN(倍下限荷载值);
4.力控制700N/s,目标力控制1000kN。
其中,步骤1~3循环6次;全程加载时间约50分钟。
(5)计算。
计算弹性模量、泊松比和极限压应力。
在六次循环加载中,取后四次平均值别离按式3-1和3-2计算弹性模量和泊松比。
6次加载循环完后继续加载,加载制度700N/S,试件进入非线性变形后,改用位移控制单调加载,加载速度为1mm/min,直至试件破坏。
按式3-3计算抗压强度。
(3-1)
式中:
——弹性模量,MPa;
——荷载增量,N;
——纵向应变增量;
A——试件抗压截面积,
。
(3-2)
式中:
——泊松比;
——横向应变;
——纵向应变。
(3-3)
式中:
——抗压强度,MPa;
——极限压力,N;
A——试件抗压截面积,
。
3.2.3实验结果
表3.1重组竹横向抗压强度、弹性模量和泊松比表
试件
编号
边长a
(mm)
边长b
(mm)
抗压截面积(mm2)
极限压力(kN)
极限压应力(MPa)
弹性
模量(MPa)
泊松比
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
3-9
3-10
3-10
3-12
3-13
3-14
3-15
平均值
标准差
变异
系数
重组竹横向拉伸实验方案1
1.实验目的
对重组竹进行横向抗拉实验,测得相应横向抗拉强度、弹性模量及拉伸应力应变曲线。
2.实验设备
SANS全能力学实验机、TDS-530静态数据收集系统。
3.试样概述
形状及尺寸
参考ASTMD143-09关于竹材抗拉试件的相关要求,本次实验采用的竹材横向抗拉试件尺寸如图所示。
试件编号依次4-1,4-2……4-35。
试样长度、宽度和厚度的允许误差为
,整个试样上各尺寸的相对误差,不该大于0.1mm。
试样平面具体尺寸见图3,厚度为50mm。
图横向紧缩构件尺寸图
实验步骤
(1)测量三次抗拉试件有效区域(中间段长度25mm)宽度和厚度,取平均值并记录;标记抗拉试件有效区间中线,用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。
(2)在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。
实验采用的应变片栅格大小为20mm×3mm,灵敏系数为。
(3)将抗拉试件安装到实验机上,并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据收集系统连接,测定收集仪电压与荷载转换系数K为。
(4)随机选取6个试件测定材料的弹性区间,最终肯定的弹性循环区间为1000~2000N;加载速度为50N/s。
由程序控制的加载制度如下:
1.力控制50N/s,目标力控制1000N(下限荷载值);
2.力控制50N/s,目标力控制2000N(上限荷载值);
3.力控制50N/s,目标力控制800N(倍下限荷载值);
4.力控制50N/s,目标位移控制100mm。
其中,步骤1~3循环6次。
(5)计算。
计算弹性模量和极限拉应力。
在六次循环加载中,取后四次平均值别离按式3-1计算弹性模量。
按式3-2计算抗拉强度。
(3-1)
式中:
——抗拉弹性模量,MPa;
——受拉荷载增量,N;
——受拉纵向应变增量;
A——试件有效截面面积,
。
(3-2)
式中:
——抗拉强度,MPa;
——极限拉力,N;
A——试件抗拉截面积,
。
参考GB1938-91《木材顺文抗拉强度实验方式》,试样含水率为9%~15%时,顺纹抗拉强度按3-3式计算,准确至。
(3-3)
式中:
——试样含水率为12%时的抗拉强度,可取
;
——试样含水率,%。
实验结果
表重组竹横向抗拉强度、弹性模量
试件
编号
截面长(mm)
截面宽(mm)
截面积(mm2)
最大力(kN)
抗拉强度(MPa)
弹性模量(MPa)
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
4-6
4-7
4-8
4-9
4-10
4-11
4-12
4-13
4-14
4-15
4-16
4-17
4-18
4-19
4-20
4-21
4-22
4-23
4-24
4-25
4-26
4-27
4-28
4-29
4-30
4-31
4-32
4-32
4-33
4-34
4-35
平均值
标准差
重组竹横向拉伸实验方案2
1.实验目的
对重组竹进行横向抗拉实验,在比例极限内按应力与应变关系,肯定重组竹横向抗拉弹性模量;按最大加载力与面积的关系,肯定重组竹横向抗拉极限强度。
2.实验设备
本次实验所用设备有:
SANS全能力学实验机、TDS-530静态数据收集系统。
3.实验概述
试件制作
参考《木材横纹抗拉强度实验方式》GB/T14017-2009关于木材抗拉试件的相关要求,本次实验采用的竹材抗拉试件尺寸如图所示,夹头结尾到有效区间始端弧度依照标准半径R=48mm,有效区域长度L0=30mm,宽度W0=6mm,厚度T0=30mm;试件总长度L=150mm。
试件编号依次为:
4-1,4-2……4-35。
试样长度、宽度和厚度的允许误差为
,整个试样上各尺寸的相对误差,不该大于0.1mm。
图纵向抗拉试件尺寸
实验步骤
(1)测量三次抗拉试件有效区域(中间段长度30mm)宽度和厚度,取平均值并记录;标记抗拉试件有效区间中线,用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。
(2)在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。
实验采用的应变片栅格大小为20mm×3mm,灵敏系数为。
(3)将抗拉试件安装到实验机上,并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据收集系统连接,测定收集仪电压与荷载转换系数K为。
(4)随机选取6个试件测定材料的弹性区间,最终肯定的弹性循环区间为1000~2000N;加载速度为50N/s。
由程序控制的加载制度如下:
1.力控制50N/s,目标力控制1000N(下限荷载值);
2.力控制50N/s,目标力控制2000N(上限荷载值);
3.力控制50N/s,目标力控制800N(倍下限荷载值);
4.力控制50N/s,目标位移控制100mm。
其中,步骤1~3循环6次。
(5)计算。
计算弹性模量和极限拉应力。
在六次循环加载中,取后四次平均值别离按式3-1计算弹性模量。
按式3-2计算抗拉强度。
(3-1)
式中:
——抗拉弹性模量,MPa;
——受拉荷载增量,N;
——受拉纵向应变增量;
A——试件有效截面面积,
。
(3-2)
式中:
——抗拉强度,MPa;
——极限拉力,N;
A——试件抗拉截面积,
。
参考GB1938-91《木材顺纹抗拉强度实验方式》,试样含水率为9%~15%时,顺纹抗拉强度按3-3式计算,准确至。
(3-3)
式中:
——试样含水率为12%时的抗拉强度,可取
;
——试样含水率,%。
实验结果
表重组竹横向抗拉强度、弹性模量
试件
编号
截面长(mm)
截面宽(mm)
截面积(mm2)
最大力(kN)
抗拉强度(MPa)
弹性模量(MPa)
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
4-6
4-7
4-8
4-9
4-10
4-11
4-12
4-13
4-14
4-15
4-16
4-17
4-18
4-19
4-20
4-21
4-22
4-23
4-24
4-25
4-26
4-27
4-28
4-29
4-30
4-31
4-32
4-33
4-34
4-35
平均值
标准差
重组竹面内剪切实验方案
1.实验目的
对重组竹进行面内剪切实验,测得相应面内剪切强度、剪切模量及剪切应力应变曲线。
2.原理
将开有对称V型槽口的试样夹持在一对专用夹具上,通过实验机的拉伸在试样工作区内产生剪应力,最终使试样因剪切而破坏。
3.实验设备
本次实验所用设备有:
SANS全能力学实验机、游标卡尺、量角器、TDS-530静态数据收集系统、夹具。
4.实验概述
试件制作
参考ASTMD7078/D7078M-12关于复合材料面内剪切性能实验方式的相关要求,本次实验采用V型槽面试样,具体尺寸见图1。
试件编号依次为:
5-1,5-2……5-35。
试样长度、宽度和厚度的允许误差为
,整个试样上各尺寸的相对误差,不该大于0.1mm。
。
图1面内剪切正视图试样
实验步骤
(1)检查试样外观,若实验有缺点、尺寸或槽口方向不符合要求,应予以作废。
(2)对试样编号,在槽口处测量3次宽度和厚度后取平均值,精准至。
(3)在试样中心贴应变片,应变片位于试样凹槽中心两头加载轴的±45°方向。
(4)先在一边的夹具上插入试样并在间隙处放上垫块,将试样移动至夹具中间位置,略加拧紧夹具螺钉和垫块螺钉以固定试样然后对载荷清零。
(5)连接应变仪,对应变清零。
(6)将试样插入另一边的夹具并对称上紧所有夹具螺钉,然后略加拧松垫块螺钉使其能上下滑动。
(7)以2mm/min速度进行实验。
(8)实验进程中,同步记录载荷和应变值,直至试样破坏;若设备无法自动记录,可分级加载,级差为破坏载荷的5%~10%。
(9)实验进程中发生载荷突然下降或试样发生破坏时,记录其载荷、应变和试样状况。
(10)在非工作区发生破坏或非剪应力造成破坏时,应予作废。
(11)计算。
绘制剪切应力应变曲线,剪切应力
按式
(1)计算,剪切应变
按式
(2)计算,剪切模量G按式(3)计算:
(1)
(2)
(3)
式中:
为剪切应力,单位为兆帕(MPa);
为载荷,单位为牛顿(N);
为试样厚度,单位为毫米(mm);
为试样槽口处宽度,单位为毫米(mm);
为剪切应变;
为
和
方向应变值;
为剪切模量,单位为兆帕(MPa);
为剪切应力增量,单位为兆帕(MPa);
为与剪切应力增量对应的剪切应变增量。
实验结果
计算结果按ASTMD7078/D7078M-12,给出:
a)剪切应力-应变曲线;
b)若出现载荷下降状况,给出该点的剪切应力和剪切应变;
c)割线弹性模量;
d)残余应变剪切强度及其残余应变容限取值;
e)极限剪切强度,需要时给出相应试样状况(如破坏或未破坏)。
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