MTS材料试验机在木材科学中的应用MTS材料试验机已在科研和工程部门大量应用,成为测量材料常规力学性质的基本设备。随着科学技术的发展,材料试验机的性能也在一直在改进,从50年代的主要是机电传动材料试验机发展到现在已普遍采用的电液伺服材料试验机。特别是80年代后期,由于电子技术的发展,数字技术应用于试验机的控制管理系统,取代了以前采用的模拟控制管理系统,试验机的控制性能和测量精度大幅度的提升。材料试验机应用最活跃的有以下几个方面: 1.先进工程系统:模拟地震台,人工造波,模拟常规发射系统等 2.航空及宇航:航空、航天飞机、飞船、卫星中使用的复合材料、陶瓷、先...

  部门大量应用,成为测量材料常规力学性质的基本设备。随着科学技术的发展,材料试验机的性能也在一直在改进,从50年代的主要是机电传动材料试验机发展到现在已普遍采用的电液伺服材料试验机。特别是80年代后期,由于电子技术的发展,数字技术应用于试验机的控制管理系统,取代了以前采用的模拟控制管理系统,试验机的控制性能和测量精度大幅度的提升。材料试验机应用最活跃的有以下几个方面: 1.先进工程系统:模拟地震台,人工造波,模拟常规发射系统等 2.航空及宇航:航空、航天飞机、飞船、卫星中使用的复合材料、陶瓷、先进材料 3.生物材料及结构测试:人工关节,臀,膝盖,腿部,躯体组织,牙齿等仿生材料力学性能测试以及以上器官的整体模拟试验。 4.土木工程:工程结构与大载荷实验,岩石力学,土壤和沥青实验、混凝土实验。 5.常规材料测试:金属,塑料等,承受静、动载荷的复合材料实验。 6.汽车及零部件:汽车耐久性,操作,行驶及运转性能,疲劳实验及模拟试验。MTS 应用在木材科学中主要是进行木质材料或木复合材料的抗弯、抗拉、抗压以及弹性模量、冲击韧性、抗弯抗拉强度等力学性能测试。 试样一般都会采用所做试样要求按照国标标准,有时会是行业标准,比如GB 50329-2002《木结构试验方法标准》和GB 50005-2003《木结构设计规范》,特殊情况下也会根据具体目标而具体制样。 我们力学实验室中MTS材料试验机主要你有气压和液压(油压),下面我将主要介绍液压型伺服材料试验机。 一、液压伺服试验机闭环原理和基本组成如下: 正常的情况下液压系统包括:动力机构、执行机构控制机构和辅助装置。各机构的组成和作用如下: 动力机构:高压泵其功能是将机械能转变为压力能, 执行机构:油泵(作动器),其作用是将压力能转变为机械能 控制机构:电伺阀、伺服阀,其作用是控制和调节液流的压力、流量和方向 辅助装置:油箱、油管、蓄能器、冷却器和过滤器等。 操作系统软件为793.00系统软件其中两个基本应用程序也是我们常用的Basic Tesultiware 和MultiPurposet Testware。 MTS电液伺服控制原理: MTS公司的很多材料试验机,都是采用点液伺服闭环系统其基础原理如下: 二、MTS操作需要注意的几点: 安装试样时,采用“MTS”远程控制器,手动安装和拆卸试件。在做适合试验时,要正确使用控制面板上的”极限保护“装置,最好能够降低装、卸试件、降低试件与设备出现事故的 可能性。启动电源开关后。不要触摸露出的电线及接触器,也别打开和关闭辅助开关。要防止电缆过载及接触液油,操作前要认真仔细检查电缆,如有损伤应按时换,每个插头必须插在各自的插座内。仔细检查各油路,以防止漏油及喷油事故的发生。操作前在夏季应打开水箱,以防止油箱温度过高。设备在运行过程中主要有以下三个危险区: (1)在动作器塞杆和试件运动时,载荷架平台与横梁之间为危险区。 (2)运动中的机械联接为危险区,不要用身体的任何部分去触碰它 (3)从液压油管所经过的地方经常仔细检查有没有损坏。不要在此区域工作或做其他事,以防 液压管泄漏。 三、简要操作方法:(以Basic Testware 为例) (1)开启计算机,点击MTS专用试验平台“Station Manager”,进入MTS操作主站口窗台。 (Station Manager Main Window)见图1 (2)检查和设置你所用站台参数是不是符合试验要求。包括力的量称、位移量程、传感器 的型号、规格等见图2 (3)进入做试验程序窗口(Basic Testware Window),点击主站台窗口mennbar(station application),点击应用程序(Basic Testware)见图3 (4)设置试验参数循环命令(命令、数据采集、循环载荷、次数、频率、波形等) (5)开液压(Station controls Panels) (6)安装试样、安装引申仪(控制方式;远程控制面板)(Rec controls and Indicators) (7)设置保护(Detectors window) (8)正式试验开始,试验开关(Station controls Panels)“Program control” (9)完成试验后,停止试验程序,取下试样,关闭液压 (10)取数据,打印结果 图1 Station Manager的主窗口 图2 Station Setup窗口 图3 Basic TestWar 四、MTS应用举例 1. BFRP 加固榫卯节点抗震能力试验研究 中国古典木结构建筑的各个构件之间基本上都采用榫卯连接,这种连接方式使建筑节点间刚柔相济,具有较好的抵消水平推力的作用,在地震中表现出良好的抗震性能。但是由于 年代久远,榫卯节点在水平地震力作用下会产生松动等,故加固榫卯节点的研究已经是必要和急需的。,本次试验榫卯试件做成简单的透榫进行试验,分成未加固试件和BFRP加固试件在水平低周反复荷载下的试验研究,。试验试件选用木材为福建水杉,天然干燥期1 年,力学性能见表1,试件制作参考《木结构设计手册》加载

  及量测方案 加载方案: 1) 为便于加载,将木柱两端固定并用钢梁压住,采用推梁的方式模拟受力过程; 2 )通过水平千斤顶在木柱上施加恒定荷载; 3) 为防止节点平面外移动,在梁两侧设置侧向支撑; 4 ) 由于节点本身可以承受的荷载较小而实验室没有较小力幅值的作动器,因此采用变幅值( 幅值2cm) 的方式加载。通过水平作动器施加反复荷载,每一级位移幅值下循环3 次。试验加载装置示意见图4 图4 试验加载装置示意图 量测方案: 采用MTS 力传感器、位移计和应变片分别测量荷载( 柱端、梁端) 、转角( 位移计测量后换算) 和应变( 纤维片材、梁端、柱端) ,所有应变采用数据采集仪自动采集。在节点区域1倍直径和1. 5倍直径范围内布置4个位移计来量测塑性铰区转角( 参照混凝土节点设计布置) 。在节点水平方向上布置一个位移计来观测和校正固定端的位移。在梁柱节点纤维布上布置10个应变片来收集纤维应变数据。试验过程先通过水平千斤顶施加10kN 水平荷载保持不变,然后采用MTS 作动器加反复荷载,直至作动器达到最大量程10cm。数据采集图形见图5-9。 图5 试件荷载-位移滞回曲线 试件荷载-位移骨架曲线 试件刚度-位移关系 图8 层数与极限承载力提高曲线 层数与刚度提高曲 结论: ( 1) 加固后榫卯节点的滞回曲线饱满,滞回环面积很大。 ( 2) 各试件的刚度随位移增加而减小,且减小的幅度较大,并随加固层数的增加得到较 大提高。 ( 3) 从滞回曲线可知,加固后的榫卯节点的强度退化发生在第2 次循环,退化幅度相对较大,第3次循环和第2 次循环的强度基本一致,退化幅度相对较小; 退化幅度随控制位移的增大而增大。 ( 4) 用试验控制位移幅值100mm 计算榫卯节点的相对变形值为1 /11. 5,表明榫卯节点连接具有非常好的变形性能。 ( 5) 通过对不同BFRP 层数加固的榫卯节点刚度和强度变化规律的研究,拟合出相应的加固设计公式,具有一定的工程应用价值。 ( 6) 在实际加固工程中,可根据实际需要,选取是用刚度还是极限承载力加固公式来设计加固时BFRP 的层数。或者两式都试算一下,择优选取纤维布加固的层数。 采用BFRP 加固榫卯节点对榫卯节点刚度和强度提高较大,且施工方便、较为美观,可以达到维修加固的目的。 2. 玻璃纤维/木塑混杂复合材料及其协同增强效应 材料制备:选用长度分别为5 mm、2 mm 的元碱短切玻璃纤维(江苏丹阳玻璃纤维厂提供),其直径均为14 pm,长径比(L/d)分别为357(L型)、143(S型)。相容剂选用马来酸酐改性聚丙烯(EASTMAN 公司,牌号为EPOI ENE G一3003)。将上述干燥后的再生塑料粒子与木纤维(含量为35% )、玻璃纤维(0% 、5% 、10%、15% )和相容剂(用量为木纤维的10% )在AEMF 一101高速搅拌机中进行机械混合3min,搅拌速度1800 r/rain,然后置于C0I I INTEACH—l INE固ZK 25T双螺杆挤出机中进行挤出造粒,模头温度为187℃,螺杆加热区温度依次为192℃、197℃、192℃,螺杆转速为45r/rain,挤出压力为1.3×10 Pa,得到混杂型RWPC 粒料,然后置于105℃的烘箱中干燥24h。采用Technical Machine Product热压成型机压制复合材料板材。所有试样放在23℃、相对湿度65 的条件下自然时效72 h,以消除加工过程中产生的残余应力。 力学性能测试:按ASTM D790在MTS 858 Mini Bionix System 上进行弯曲性能测试,加载速度为1.3mm/min,跨距为50 mm;按ASTM D256在Ceast Code 6545/000 Pendulum 上进行冲击试验,跨距为95.3 mm。试验数据采集图像见Fig.1、2、3. 结论:对于木纤维含量为35 的RWPC,L 型玻璃纤维,对于RWPC具有非常明显的增强作用(Fig.1)。当玻璃纤维的含量为15% 时,与未增强的RWPC相比,弯曲强度由37.33 MPa 增加到45.35 MPa,提高了21%。而采用S型玻璃纤维时,RWPC的弯曲强度下降了约5% 玻璃纤维的加入对于RWPC弯曲模量的影响与对弯曲强度的影响相似(Fig.2)。采用长纤维增强时,玻璃纤维可以很好地发挥其增强作用。对于L型玻璃纤维,当其添加量为15%时, RWPC 的弯曲模量由2.37 GPa增加到3.37 GPa,提高幅度达40%。 玻璃纤维的加入对RWPC冲击强度的影响十分显著(Fig.3)。当玻璃纤维的含量为15 时, RWPC的冲击强度由0.30 J/cm提高到0.42 J/cm,增加幅度为41%。 玻璃纤维的加入显著改善了RWPC的弯曲强度和模量以及冲击强度。玻璃纤维增强RWPC 的主要破坏模式为玻璃纤维的拨出、玻璃纤维断裂、界面脱粘等。在玻璃纤维/木纤维/ HDPE混杂体系中由于组元之间的协同增强作用,形成了特殊的三维网络结构,这是RW—PC力学性能同时得以提高的根本原因。 仪器分析结课作业 MTS材料试验机在木材科学中的应用 姓名:温留来 学号:822010*********

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