松木橢圓榫“T”型接合拉伸過程中的聲發(fā)射特征研究

利用聲發(fā)射檢測和力學(xué)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究松木橢圓榫常用“T”型接合在拉伸過程中的聲發(fā)射特征。

聲發(fā)射（Acoustic Emission，簡稱AE）可以定義為材料內(nèi)部迅速釋放能量而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的一種物理現(xiàn)象。聲發(fā)射信號包含了被檢測物體的豐富又重要的信息。所以，通過對這些信號的處理和分析來檢測材料內(nèi)部聲發(fā)射源的狀態(tài)，可以從微觀角度來評估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征，從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)和性能，實(shí)現(xiàn)對檢測對象的實(shí)時(shí)動態(tài)的無損評價(jià)。

由于聲發(fā)射檢測技術(shù)有其他檢測方法無法比擬的優(yōu)勢，己經(jīng)被應(yīng)用到木材科學(xué)領(lǐng)域，如： 木材切削過程中的聲發(fā)射（曹平樣，1995；Cyra et al.，2000）、木材在拉伸過程中的聲發(fā)射情況（Racqkowski et al.，1999； Aicher et al.，2001）、木材干燥的聲發(fā)射過程（謝力生，2001）、木材的蠕變破壞（Beall，2002）、木材損傷斷裂過程中的聲發(fā)射（Reiterer et al.，2000；王堅(jiān)偉，2008；邵卓平等，2009）、動態(tài)載荷下基于聲發(fā)射技術(shù)的楊木破壞過程檢測，（孫建平，2006）利用聲發(fā)射檢測和力學(xué)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究山楊木材在動態(tài)載荷下的聲發(fā)射演變過程。木材縱橫向切削過程中的聲發(fā)射特性，（高峰，2009）研究了木材縱橫向切削過程中的聲發(fā)射特性。本論文就是采用聲發(fā)射技術(shù)的方法對橢圓榫“T”型接合在拉伸破壞中的破壞，進(jìn)行特征分析。

試驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)基材采用松木，平均氣干密度為0.419g∕cm3，平均含水率為13.1﹪。選擇無缺陷材料。膠黏劑選用白乳膠。榫頭試件的基本尺寸為20mm×40mm×150mm（厚×寬×長），榫眼試件的基本尺寸為20mm×50mm×180mm（厚×寬×長）。試件個數(shù)為6組。

將加工完成的零件組合成端部對邊部的T型構(gòu)件進(jìn)行考察?？紤]到實(shí)際情況，榫頭厚度和榫眼寬度相等；榫頭寬與榫眼長度的配合為過盈配合，其配合量為-0.6mm，即榫眼長寬25mm，榫頭寬為25.6mm；榫頭長度與榫眼深度配合為間隙配合，其配合量為+2mm，即榫眼深度為25mm，榫頭長度為10mm。

1.試驗(yàn)過程

加工好的榫頭和榫眼試件分別涂膠進(jìn)行裝配。涂膠只在榫頭和榫眼的接觸面，涂膠量為150～200g/m2。裝配后擠出多余膠液，陳放7天后在島津萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測試。

采用島津萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)AG-IC 100KN進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。設(shè)置試驗(yàn)機(jī)的拉伸速度為5mm/min，試驗(yàn)機(jī)開始加載的同時(shí)，記錄榫卯拉伸過程的聲發(fā)射信號。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由圖2-1振鈴計(jì)數(shù)-時(shí)間曲線可知，在較低載荷的時(shí)候，榫卯結(jié)構(gòu)內(nèi)部無損傷，因此無 AE 信號產(chǎn)生。隨著載荷增大，榫眼試件產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，試件內(nèi)部發(fā)生一些變化，如：木材纖維的高分子鏈被拉伸，即產(chǎn)生少量的 AE 信號。隨著載荷進(jìn)一步增大，高分子主鏈被拉伸，更多的高分子側(cè)鏈被拉開，AE 發(fā)生率增高，圖中可見 AE 事件密集在彈性極限點(diǎn)附近，且在彈性極限點(diǎn) AE 信號的振鈴計(jì)數(shù)達(dá)到高峰。增加載荷，榫眼試件產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，此區(qū)域中木纖維分子的主鏈不斷被拉伸，分子主鏈間由于范德瓦斯力及氫鍵力的減弱，產(chǎn)生了分子主鏈間的滑移，因而從彈性極限點(diǎn)到破壞點(diǎn)有持續(xù)的 AE信號產(chǎn)生。振鈴計(jì)數(shù)達(dá)到最大值。

RMS是衡量AE信號能量的標(biāo)準(zhǔn)。由2-2圖RMS-時(shí)間曲線可知，拉伸過程中能量過程可以分為三個階段。第一階段，載荷沒有顯著上升，RMS值集中在18dB附近。第二階段，載荷發(fā)生變化，逐漸增大，由圖可以看出，載荷產(chǎn)生一個拐點(diǎn)，而在此點(diǎn)附近，RMS也逐漸增大，而最大值也在彈性極限附近，這些變化都以應(yīng)變能的形式向外釋放，并以較高幅值的應(yīng)力波在材料中傳播，因此，此時(shí)AE信號的能量最大，在此產(chǎn)生峰值。第三階段，接合完全破壞后，載荷突然下降，此時(shí)的RMS又回到之前的20dB值附近。

結(jié) 論

以上就是，“T”型榫接合在拉伸過程中的AE信號的規(guī)律。

⑴隨著時(shí)間與載荷的變化，榫接合慢慢被破壞，慢慢產(chǎn)生AE信號，最后，在榫接合的載荷最大值附近，AE信號的振鈴計(jì)數(shù)以及RMS值達(dá)到最大。

⑵聲發(fā)射信號的能量是不連續(xù)的、跳躍的，在榫接合斷裂前的聲發(fā)射信號的能量比斷裂后要小。

（作者單位：南京林業(yè)大學(xué)）