載荷-撓度曲線上直線段斜率計算對人造板彈性模量影響

李俊鵬 袁勇威 張帆

河南省產品質量監督檢驗院（450000）

載荷-撓度曲線上直線段斜率計算對人造板彈性模量影響

李俊鵬 袁勇威 張帆

河南省產品質量監督檢驗院（450000）

主要探討了載荷-撓度曲線上直線段斜率計算對人造板彈性模量結果的影響，直線段斜率的計算與選取的F2-F1有關，一般F1值約為最大載荷的10%，F2值約為最大載荷的40%，而a2-a1撓度值也與選取的F2-F1密切相關，而F2-F1和a2-a1比值就是直線段的斜率，根據人造板彈性模量公式可知，F2和F1的選取很大程度上影響了彈性模量的結果。

彈性模量；載荷-撓度曲線；彈性變形；人造板；萬能力學試驗機

彈性模量是人造板的一項重要參數，人造板的彈性模量越大其抵抗彈性變形的能力越強，即在相同應力下彈性模量越大的人造板其變形量越小。這個數值從一定程度上反映出了人造板質量的好壞。一般而言，彈性模量大的人造板要比彈性模量小的人造板更加結實耐用，彈性模量越大其承載能力也越強。因此，彈性模量是作為衡量人造板質量的一個重要參數。人造板彈性模量的測量一般在實驗室用萬能力學試驗機進行，萬能力學試驗機能夠在計算機上方便快捷的讀出人造板的彈性模量。但是，萬能力學試驗機讀出的彈性模量的數值和載荷-撓度曲線上直線段斜率有關，即和F1和F2選取的值有關。如果F1和F2的選取值不合適就會造成彈性模量的值偏大或者偏小而造成試驗誤差。

1 彈性模量測試原理[1]

其中：Eb——試件的彈性模量，單位為兆帕（MPa）；l1——兩支座間距離，單位為毫米（mm）；b——試件寬度，單位為毫米（mm）；t——試件厚度，單位為毫米（mm）；F2-F1——在載荷-撓度曲線中直線段內載荷的增加量（F1值約為最大載荷的10%，F2值約為最大載荷的40%）；a2-a1——試件中部變形的增加量，即在力F2-F1區間試件變形量，單位為毫米（mm）。

圖1 彈性變形范圍內的載荷-撓度曲線

2 F1與F2取值對萬能力學試驗機彈性模量結果的影響

本次試驗的人造板為刨花板,根據標準要求，試樣寬度50 mm，厚度為刨花板的實際厚度，經過測量為14.60 mm，跨距為300 mm。萬能力學試驗機為日本島津AGS-J10kN型，力值范圍0～20 kN。所有試驗設備符合標準要求。

圖2 彈性模量試驗時載荷-撓度曲線圖

圖2為萬能力學試驗機進行人造板彈性模量試驗時的載荷-撓度曲線圖，從圖中可以看出，載荷-撓度曲線大概有三個部分構成,第一部分為波浪線，第二部分直線是彈性變形階段，第三部分為斷裂階段。從圖中可以看出，0～40 N時為第一階段，40～384 N時為第二階段，384 N以后屬于第三階段。從圖中可以看出最大載荷力值約為384 N，根據F1值約為最大值的10%，F2值約為最大值的40%，F1和F2分別取40 N和150 N。

從圖3中可以看出，當F1和F2取40 N和150 N時，最大載荷為384 N時的彈性模量值為4 801 MPa。從圖4中可以看出,當F1和F2取25 N和150 N時，最大載荷為384 N時的彈性模量值為4 783 MPa。兩者彈性模量相差了18 MPa。

圖3 F1和F2取40 N和150 N時彈性模量值

圖4 F1和F2取25 N和150 N時彈性模量值

3 結果分析

萬能力學試驗機在做人造板彈性模量時，一般都是把F1值和F2值按最大力值的10%和40%來設定。F1和F2設定好之后不會再有所變化，但是在做彈性模量試驗時，每個試樣的最大值都不一樣，甚至差別很大，這就會出現F1和F2并不是最大值的10%和40%的情況。由于計算機軟件的設計，F1和F2往往需要提前設定，而最大力值往往不能確定。這樣F1和F2的設置不當就造成了斜率計算的誤差，進而造成彈性模量值的變化。

根據公式（1），當F1和F2剛好在載荷-撓度曲線直線段上時，l1、b、t不變，F1和F2取值范圍就影響了直線段的斜率，這就造成了Eb值的變化。

從圖2可以看出,當F1和F2取40 N和150 N時，直線斜率為藍線，當F1和F2取25 N和150 N時，直線的斜率為紅線，紅線的斜率比藍線小，這就造成了彈性模量小了18 MPa。

相反，如果人造板彈性模量測試過程中，由于F1-F2的取值造成藍線比紅線低，這就會出現彈性模量偏大。因此，在計算機進行人造板試驗時，必須進行數據再分析，數據再分析可以在保持力值不變的情況下，根據最大載荷力值，把F1和F2值盡量控制在最大力值10%和40%，這樣才會使結果更加準確。因此，數據再分析對于計算人造板彈性模量非常重要，可以有效地降低人造板彈性模量結果的誤差。

4 結論

1）F1和F2取值對人造板彈性模量測試結果有影響，這主要是由于F1和F2取值對直線段斜率計算造成了影響，結果可能偏大或者偏小。如果剛好取值合適，不影響人造板彈性模量的結果。

2）進行結果再分析，調整F1和F2的取值范圍，可以使彈性模量測量值更加準確。

[1]GB/T 17657—2013,人造板及飾面人造板理化性能試驗方法[S].中國國家標準化管理委員會、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局發布,2013(11)：12.