落叶松抗弯弹性模量的细观尺度建模方法

摘要

针对木材的非匀质、各向异性特点,从木材细观结构出发,应用数字图像处理技术在板材上顺序采集、提取生长轮早晚材细胞数据,完成各层生长轮弹性模量计算,结合板材截面图像构建出落叶松试件三维层合材料模型,并通过有限元预测其抗弯弹性模量.首先,应用高倍光学显微镜采集试件截面细胞图像,分别测定试件截面中各个生长轮内胞壁率、胞壁厚、径向宽度、切向宽度等参数;根据预测模型,以密度为单一变量,推导出各层早晚材的弹性模量;将试件按早材、晚材依次叠加的层合材料处理,并利用试件截面图像的早晚材分布信息构建试件三维层合材料模型,利用UG软件建立试件的三维模型,在有限元软件中施加载荷预测木材抗弯弹性模量.按照木材抗弯弹性模量的《GB 1936-1980》国家测试标准,加工、测量了10组试件的抗弯弹性模量真值,分别运用本方法和匀质材料预测方法对试件的抗弯弹性模量进行了预测,平均误差分别为5.7％和17.3％.实验结果表明,该方法较匀质材料预测方法更为准确.