基于纳米压痕的木材细胞壁力学测量值与加载载荷相关性研究

摘要

通过改变纳米压痕过程中加载函数的具体参数值,研究了加载载荷与木材细胞壁弹性模量、硬度和蠕变性能的关系,并探求在木材细胞壁线性黏弹性范围内合适的加载载荷。研究结果表明:在测试过程中,当加载载荷逐渐增大时,马尾松木材细胞壁弹性模量变化明显;载荷为200μN时,弹性模量达到最大值,随后保持相对稳定;载荷达到400μN时弹性模量开始减小;改变加载载荷测得的木材细胞壁硬度随加载载荷的增加而逐渐变大,最大增幅为10%左右;探针压痕深度随着加载载荷的增加逐渐变大,载荷增加对压痕深度影响显著;蠕变率随着加载载荷的增加而逐渐增加,最大增幅为70%;应变率和蠕变应力都具有二段式变化趋势,第1阶段在4~6 s时变化较大,第2阶段在7~10 s时变化平缓。利用幂次律对试验数据进行分析表明,加载力为150~300μN时可近似认为是线性黏弹性行为。然后结合不同加载载荷对弹性模量和硬度的影响,综合相关参数可以判断,在对马尾松之类的针叶材进行纳米压痕试验时,合适的加载载荷范围为200~300μN。