杉木正交异向蠕变行为的时温等效性

摘要

[目的]探究时温等效原理在杉木正交异向蠕变行为中的适用性及其特点.[方法]以含水率约0.6％的杉木木材为研究对象,采用动态热机械分析仪DMA 2980,在30～150°C范围内,基于一系列20 min蠕变试验分别获得3个应力水平和不同恒定温度水平下杉木轴向、径向和弦向的蠕变曲线.将其他温度下的蠕变曲线通过水平移动因子平移并叠合连接至参考温度(本研究中为30°C)曲线,生成一定时间范围内的蠕变主曲线.分析形成主曲线相邻分曲线叠合处的应变量以及应变量斜率是否相同,判定主曲线是否光滑.利用最小二乘拟合法,运用WLF方程和Arrhenius方程对水平移动因子与温度的关系曲线进行拟合.[结果]蠕变应变量随应力水平或温度水平增大而增加;不同方向试样的应变量之间存在明显差异:轴向试样的应变量显著低于横向(弦向和径向)试样,弦向试样的应变量约为径向试样的2倍;叠合生成主曲线时,径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可生成光滑的蠕变主曲线,主曲线跨越的时间由103 s延长至107 s;轴向试样仅通过水平移动因子无法生成光滑的蠕变主曲线,经垂直移动因子修正后的各轴向蠕变曲线能够叠合出光滑的主曲线,与未经垂直移动因子修正的蠕变主曲线相比,其跨越的时间由约105 s降低至约104.5 s;三方向试样水平移动因子与温度关系曲线在30～150°C内满足WLF方程,标准误差小于13.41％.[结论]时温等效原理在30～150°C范围内描述木材正交异向蠕变行为是适用的;轴向试样蠕变行为时温等效的构建需通过水平移动因子和垂直移动因子的共同作用,而径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可使得时温等效原理适用;三方向试样蠕变主曲线水平移动因子与温度的关系曲线均满足WLF方程.