大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量的無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量的無損檢測方法，包括如下步驟：步驟一：放置板材；步驟二：設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入板材基本參數(shù)步驟三：測量板材質(zhì)量；步驟四：測量板材沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量；步驟五：存儲、顯示測量結果。本發(fā)明方法能無損、快速、方便地同時測定大尺寸人造板的主要力學性能指標，包括沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量等。與傳統(tǒng)測試方法(小試件彎曲測量、拉伸測量等)相比，本發(fā)明的大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法，做到了無損檢測，節(jié)約了時間、成本，操作簡便。
【專利說明】
大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量的無損檢測方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量的無損檢測方法，屬于材料力學性能試驗檢測領域?！颈尘凹夹g】
[0002]大尺寸人造板特指國內(nèi)外人造板生產(chǎn)和銷售中，長度尺寸在1.22?3.66m之間，寬度尺寸在1.22?1.83m尺寸之間的幅面為矩形的成品人造板，主要包括中密度纖維板、刨花板、膠合板和定向刨花板四種。
[0003]目前國內(nèi)外大尺寸人造板彈性模量檢測基本采用靜態(tài)彎曲檢測法。這一檢測方法，有相關國標規(guī)定，首先在大尺寸板材不同部位截取數(shù)個標準試件，試件長X寬X厚(h) 尺寸為(20h+50) X 50 X h(單位mm)，然后在力學試驗機上，對標準試件進行變形和破壞性試驗。根據(jù)數(shù)個標準試件的測量結果綜合評價大尺寸板材整體的剛度和強度。將大尺寸板材截取成小尺寸標準試件，必須破壞原始板材。這種方法屬于有損檢測，檢測效率低，只適于產(chǎn)品的抽檢，只能在實驗室環(huán)境中進行。關于大尺寸人造板面內(nèi)剪切模量的檢測方法目前國內(nèi)還沒有涉及。美國材料協(xié)會D3044-94標準中規(guī)定了一種方法，通過對方形板材采用四點彎曲(兩對角支承、另兩對角受力)的方法，檢測面內(nèi)剪切模量。但這種方法檢測時間長， 操作復雜。
[0004]本發(fā)明基于板材橫向振動原理，即根據(jù)大尺寸人造板自由振動特性與其彈性模量和面內(nèi)剪切模量之間的相關關系進行工作。首先將被測板材支撐在其自由振動的沿長度方向彎曲的一階振型的兩條節(jié)線和沿寬度方向彎曲的一階振型的兩條節(jié)線的四個交點處，利用測力傳感器測量板材的質(zhì)量;然后在板材的一個邊角處沿垂直與板材幅面方向給板材一個激振，使其產(chǎn)生自由振動，在板材的另一個邊角處通過激光傳感器傳感板材的自由振動信號，經(jīng)計算機進行數(shù)據(jù)采集和處理后，同時得出板材沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量和面內(nèi)剪切模量等。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1、目的:本發(fā)明的目的是提出一種大尺寸人造板彈性模量(沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量)和面內(nèi)剪切模量的無損檢測方法，通過大尺寸人造板質(zhì)量檢測、自由振動檢測，以及數(shù)據(jù)信號的分析和計算，測定大尺寸人造板沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量和面內(nèi)剪切模量等。
[0006]2、技術方案:本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]本發(fā)明一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法，簡易測量裝置不意圖如圖1所不。具體為如下步驟:
[0008]步驟一:放置板材。
[0009]通過對被測板材4長度和寬度尺寸的測量，確定其自由振動的沿長度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線、和沿寬度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線的四個交點的位置，來調(diào)節(jié)測量支撐裝置上的四個支點的位置和這四個交點重合，將被測板材水平放置在測量支撐裝置上，使得長寬方向完全對稱。
[0010]步驟二:設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入板材基本參數(shù)。
[0011]打開軟件，設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入被測板材基本參數(shù):板材編號 (名稱)，板材厚度t(mm)，板材寬度b(mm)，板材長度l(mm) 〇
[0012]步驟三:測量板材質(zhì)量。
[0013]將四個力傳感器6檢測到的信號通過放大器7和數(shù)據(jù)采集卡8將結果傳輸?shù)接嬎銠C 2的軟件中；運行軟件，計算機2自動采集四個力傳感器6的信號，采集時間為1至幾秒鐘，然后計算板材整體質(zhì)量。[〇〇14]步驟四:測量板材沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量。
[0015]在板材的一個邊角處使用力錘1沿著垂直板材幅面的方向給板材一個激振，板材自由振動。激光傳感器3傳感振動位移，通過數(shù)據(jù)采集卡8傳輸?shù)接嬎銠C2內(nèi)的軟件中，軟件自動識別振動信號，并采集、顯示振動位移信號，采集時間為數(shù)秒鐘，同時計算板材沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量以及面內(nèi)剪切模量。
[0016]步驟五:存儲、顯示測量結果。
[0017]軟件自動存儲被測板材測量結果，包括:板材編號(名稱)、沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量、面內(nèi)剪切模量等。
[0018]軟件自動顯示被測板材三個測量結果:沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量與面內(nèi)剪切模量。
[0019]至此，一個測量過程完畢。
[0020]本發(fā)明方法所應用的簡易測量裝置，具體包括:力錘、計算機、激光傳感器、測量支撐裝置、力傳感器、運算放大器、數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)連接線;其中激光傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)連接線連接到計算機上，力傳感器通過運算放大器后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)連接線連接到計算機上，測量支撐裝置用來放置被測板材，力錘用來對被測板材激振。
[0021]3、優(yōu)點及功效:本發(fā)明一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量的無損檢測方法，其優(yōu)點及功效在于:能無損、快速、方便地同時測定大尺寸人造板的主要力學性能指標， 包括沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量等。與傳統(tǒng)測試方法 (小試件彎曲測量、拉伸測量等)相比，本發(fā)明的大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法，做到了無損檢測，節(jié)約了時間、成本，操作簡便?！靖綀D說明】
[0022]圖1所示為本發(fā)明方法簡易測量裝置示意圖。[〇〇23]圖2所示為本發(fā)明方法流程圖。[〇〇24]圖中具體標號及符號說明如下:[〇〇25] 1、力錘2、計算機3、激光傳感器4、被測板材[〇〇26] 5、測量支撐裝置6、力傳感器7、運算放大器8、數(shù)據(jù)采集卡[〇〇27]9、數(shù)據(jù)連接線【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法所應用的簡易測量裝置，具體包括:力錘1、計算機2、激光傳感器3、測量支撐裝置5、力傳感器 6、運算放大器7、數(shù)據(jù)采集卡8及數(shù)據(jù)連接線9;其中激光傳感器3通過數(shù)據(jù)采集卡8及數(shù)據(jù)連接線9連接到計算機2上，力傳感器6通過運算放大器7后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡8及數(shù)據(jù)連接線9連接到計算機2上，測量支撐裝置5用來放置被測板材4，力錘1用來對被測板材4激振。
[0030]本發(fā)明一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法，如圖2所示，具體步驟如下:
[0031]步驟一:放置板材。
[0032]通過對被測板材4長度和寬度尺寸的測量，確定其自由振動的沿長度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線、和沿寬度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線的四個交點的位置，來調(diào)節(jié)測量支撐裝置上的四個支點的位置和這四個交點重合，將被測板材水平放置在測量支撐裝置上，使得長寬方向完全對稱。
[0033]步驟二:設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入板材基本參數(shù)。
[0034]打開計算機2里面的測試軟件，設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入被測板材4 的基本參數(shù);板材基本參數(shù)包括:板材編號(名稱)，板材厚度t(mm)，板材寬度b(mm)，板材長度l(mm)。[0〇35]步驟三:測量板材質(zhì)量。[〇〇36]四個力傳感器6將檢測到的重力信號通過放大器7和數(shù)據(jù)采集卡8將結果傳輸?shù)接嬎銠C2的軟件中；運行軟件，計算機2自動采集四個力傳感器6的信號，采集時間為1至幾秒鐘，然后計算板材整體質(zhì)量。四個力傳感器6傳感到的重力之和就是板材的整體質(zhì)量M(kg)。 [〇〇37]步驟四:測量沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量。
[0038]在板材的一個邊角處使用力錘1沿垂直與板材幅面方向給板材一個激振，板材自由振動。激光傳感器3傳感振動位移，通過數(shù)據(jù)采集卡8傳輸?shù)接嬎銠C2內(nèi)的軟件中，軟件自動識別振動信號，并采集、顯示振動位移信號，采集時間為數(shù)秒鐘，分別計算沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量和面內(nèi)剪切模量。具體信號分析、處理內(nèi)容包括:(1)計算板材沿長度方向一階彎曲的固有頻率fi，板材沿寬度方向一階彎曲的固有頻率f 2和板材扭轉(zhuǎn)的固有頻率f 3，( 2)計算板材沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量，(3)計算板材面內(nèi)剪切模量。[〇〇39] 步驟五:存儲、顯示測量結果。
[0040]軟件自動存儲被測板材測量結果，包括:板材編號(名稱)、沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量、面內(nèi)剪切模量、沿長度方向一階彎曲的固有頻率fi，沿寬度方向一階彎曲的固有頻率5和扭轉(zhuǎn)的固有頻率f 3。[0041 ]軟件自動顯示被測板材三個測量結果:沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量與面內(nèi)剪切模量。
[0042]至此，一個測量過程完畢，測量流程圖如附圖2所示。
[0043]實施例一:
[0044]下面結合一個板材的一次測量，基于說明測量方法的【具體實施方式】。板材材質(zhì)為中密度纖維板(MDF)，板材尺寸(長X寬X厚)為:2440 X 1220 X 14.96mm。計算機2中用于信號采集、分析、處理的專用軟件采用Labview虛擬儀器語言編制，流程圖如圖2所示。
[0045](1)放置板材。
[0046]通過對被測板材4長度和寬度尺寸的測量，確定其自由振動的沿長度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線、和沿寬度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線的四個交點的位置，來調(diào)節(jié)測量支撐裝置上的四個支點的位置和這四個交點重合，將被測板材水平放置在測量支撐裝置上，使得長寬方向完全對稱。
[0047](2)設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入試件基本參數(shù)。
[0048]打開軟件，設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入被測板材4基本參數(shù);被測板材4 基本參數(shù)包括:試件編號(名稱)=MDF15-1，板材厚度t=14.96(mm)，板材寬度b = 1220mm， 板材長度1 = 2440mm。[〇〇49](3)測量板材質(zhì)量。
[0050]四個力傳感器6將檢測到的重力信號通過放大器7和數(shù)據(jù)采集卡8將結果傳輸?shù)接嬎銠C2的軟件中；運行軟件，計算機2自動采集四個力傳感器6的信號，采集時間為1.5秒，然后計算板材整體質(zhì)量。四個力傳感器6傳感到的重力之和就是板材的整體質(zhì)量M=32.18kg。
[0051](4)測量沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量。[〇〇52]在板材的一個邊角處使用力錘1沿垂直與板材幅面方向給板材一個激振，板材自由振動。激光傳感器3傳感振動位移，通過數(shù)據(jù)采集卡8采集到計算機2內(nèi)的軟件中，軟件自動識別振動信號，并采集、顯示振動位移信號，采集時間為3秒鐘，分別計算沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量和面內(nèi)剪切模量。具體信號分析、處理結果為:(1)沿長度方向一階彎曲的固有頻率fi = 5.62Hz，沿寬度方向一階彎曲的固有頻率f2 = 22.52Hz和扭轉(zhuǎn)的固有頻率f3= 18.56Hz，(2)板材沿長度方向彈性模量= 3384.25MPa，板材沿寬度方向的彈性模量 =3399.36MPa，( 3)板材面內(nèi)剪切模量=1626.70MPa。
[0053](5)存儲、顯示測量結果。[〇〇54]軟件自動存儲被測板材測量結果，包括:試件編號(名稱)=MDF15_1、沿長度方向的彈性模量=3384.25MPa、沿寬度方向的彈性模量=3399.36MPa、面內(nèi)剪切模量= 1626.70MPa、沿長度方向一階彎曲的固有頻率f1 = 5.62Hz，沿寬度方向一階彎曲的固有頻率f2 = 22.52Hz和扭轉(zhuǎn)的固有頻率f 3 = 18.56Hz。[〇〇55]軟件自動顯示被測板材三個測量結果:沿長度方向的彈性模量= 3384.25MPa、沿寬度方向的彈性模量= 3399.36MPa、面內(nèi)剪切模量=1626.70MPa。
【主權項】
1.一種大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法，具體為如下步驟:步驟一:放置板材；通過對被測板材長度和寬度尺寸的測量，確定其自由振動的沿長度方向一階彎曲的振 型的兩條節(jié)線、和沿寬度方向一階彎曲的振型的兩條節(jié)線的四個交點的位置，來調(diào)節(jié)測量 支撐裝置上的四個支點的位置和這四個交點重合，將被測板材水平放置在測量支撐裝置 上，使得長寬方向完全對稱；步驟二:設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入板材基本參數(shù)；打開軟件，設定測量結果存儲目錄和文件名，輸入被測板材基本參數(shù):板材編號，板材 厚度t，板材寬度b，板材長度1;步驟三:測量板材質(zhì)量；將四個力傳感器檢測到的信號通過放大器和數(shù)據(jù)采集卡將結果傳輸?shù)接嬎銠C的軟件 中；運行軟件，計算機自動采集四個力傳感器的信號，采集時間為1至幾秒鐘，然后計算板材 整體質(zhì)量；步驟四:測量板材沿長度方向的彈性模量、沿寬度方向的彈性模量和面內(nèi)剪切模量；在板材的一個邊角處使用力錘沿著垂直板材幅面的方向給板材一個激振，板材自由振 動;激光傳感器傳感振動位移，通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)的軟件中，軟件自動識別振 動信號，并采集、顯示振動位移信號，采集時間為數(shù)秒鐘，同時計算板材沿長度方向和寬度 方向的兩個彈性模量以及面內(nèi)剪切模量；步驟五:存儲、顯示測量結果；軟件自動存儲被測板材測量結果，包括:板材編號、沿長度方向的彈性模量、沿寬度方 向的彈性模量、面內(nèi)剪切模量；軟件自動顯示被測板材三個測量結果:沿長度方向和寬度方向的兩個彈性模量與面內(nèi)剪切模量。2.權利要求1所述的大尺寸人造板彈性模量和面內(nèi)剪切模量無損檢測方法所應用的簡 易測量裝置，具體包括:力錘、計算機、激光傳感器、測量支撐裝置、力傳感器、運算放大器、 數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)連接線；其中激光傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)連接線連接到計算機 上，力傳感器通過運算放大器后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)連接線連接到計算機上，測量支撐裝 置用來放置被測板材，力錘用來對被測板材激振。
【文檔編號】G01N29/04GK106093197SQ201610398717
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】管成, 張厚江, 苗虎, 王天偉
【申請人】北京林業(yè)大學