測(cè)試木材剪切模量的自由方板扭轉(zhuǎn)模態(tài)法

王 正 谷曉雨 周宇昊 張一凡 沈肇雨 黃俁劼

（南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210037）

在土木建筑、家具和木材加工行業(yè)中，鋸材是木結(jié)構(gòu)建筑、高檔家具制造、室內(nèi)裝修門(mén)窗制造、木地板等產(chǎn)品的必備主材，對(duì)其力學(xué)性能的檢測(cè)和質(zhì)量評(píng)等尤為重要（Wanget al.，2014；Yoshiharaet al.，2009；Zhouet al.，2007）。木材彈性模量動(dòng)態(tài)測(cè)試在全球開(kāi)展得很活躍，技術(shù)較成熟，研究成果也較多。剪切模量是木材的重要彈性常數(shù)，因木材為正交各向異性材料，木材剪切模量動(dòng)態(tài)測(cè)試（Wanget al.，2016；王正等，2017；Wanget al.，2019a；Wanget al.，2018）具有一定難度，在國(guó)內(nèi)外尚不太成熟，深入開(kāi)展木材剪切模量動(dòng)態(tài)測(cè)試很有必要。目前，在自由狀態(tài)下測(cè)試木材剪切模量的動(dòng)態(tài)方法主要有自由板扭轉(zhuǎn)振型法（Wanget al.，2019a；程可等，2015）、自由桿件扭轉(zhuǎn)振動(dòng)法（JIS A1127—2001）、Timoshenko-Hearmon 梁迭代法和自由方板扭轉(zhuǎn)振動(dòng)法（Nakaoet al.，1987）。然而這些方法在動(dòng)態(tài)測(cè)試木材剪切模量的根據(jù)、適用性和測(cè)試精度上存在一定不足，即自由板扭轉(zhuǎn)振型法僅能滿足木材自由板試件長(zhǎng)寬比l/b≥3 的條件要求，受板長(zhǎng)寬比要求限制；自由桿件扭轉(zhuǎn)振動(dòng)法從測(cè)試精度考慮也存在對(duì)試件長(zhǎng)寬比的限制；Timoshenko-Hearmon 梁迭代法因受試件尺寸限制要求，甚至迭代發(fā)散；自由方板扭轉(zhuǎn)振動(dòng)法因其推算剪切模量公式采用一個(gè)與材料類型和方板寬厚比無(wú)關(guān)的固定系數(shù) 0.9，必然會(huì)產(chǎn)生一定誤差，從測(cè)試精度考慮，特別不適用于測(cè)試木材剪切模量。

靜態(tài)測(cè)試木材或木基結(jié)構(gòu)板材剪切模量的方法有 ASTM D3044—16 標(biāo)準(zhǔn)法、NPL 法、MNPL 法和Lee’s 法（Yoshiharaet al.，2006；Yoshihara，2009），其共同特點(diǎn)是用足夠薄的方板試件，通過(guò)測(cè)試施力點(diǎn)撓度推算板材剪切模量，其中ASTM D3044—16 標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)定的方板寬厚比為 25～40，NPL 法和Lee’s 法認(rèn)為方板寬厚比應(yīng)不小于35。……