大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量的无损检测方法

摘要

本发明涉及一种大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量的无损检测方法，包括如下步骤：步骤一：放置板材；步骤二：设定测量结果存储目录和文件名，输入板材基本参数步骤三：测量板材质量；步骤四：测量板材沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量和面内剪切模量；步骤五：存储、显示测量结果。本发明方法能无损、快速、方便地同时测定大尺寸人造板的主要力学性能指标，包括沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量和面内剪切模量等。与传统测试方法(小试件弯曲测量、拉伸测量等)相比，本发明的大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量无损检测方法，做到了无损检测，节约了时间、成本，操作简便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量的无损检测方法，属于材料力学性能试验检测领域。

背景技术

大尺寸人造板特指国内外人造板生产和销售中，长度尺寸在1.22～3.66m之间，宽度尺寸在1.22～1.83m尺寸之间的幅面为矩形的成品人造板，主要包括中密度纤维板、刨花板、胶合板和定向刨花板四种。

目前国内外大尺寸人造板弹性模量检测基本采用静态弯曲检测法。这一检测方法，有相关国标规定，首先在大尺寸板材不同部位截取数个标准试件，试件长×宽×厚(h)尺寸为(20h+50)×50×h(单位mm)，然后在力学试验机上，对标准试件进行变形和破坏性试验。根据数个标准试件的测量结果综合评价大尺寸板材整体的刚度和强度。将大尺寸板材截取成小尺寸标准试件，必须破坏原始板材。这种方法属于有损检测，检测效率低，只适于产品的抽检，只能在实验室环境中进行。关于大尺寸人造板面内剪切模量的检测方法目前国内还没有涉及。美国材料协会D3044-94标准中规定了一种方法，通过对方形板材采用四点弯曲(两对角支承、另两对角受力)的方法，检测面内剪切模量。但这种方法检测时间长，操作复杂。

本发明基于板材横向振动原理，即根据大尺寸人造板自由振动特性与其弹性模量和面内剪切模量之间的相关关系进行工作。首先将被测板材支撑在其自由振动的沿长度方向弯曲的一阶振型的两条节线和沿宽度方向弯曲的一阶振型的两条节线的四个交点处，利用测力传感器测量板材的质量；然后在板材的一个边角处沿垂直与板材幅面方向给板材一个激振，使其产生自由振动，在板材的另一个边角处通过激光传感器传感板材的自由振动信号，经计算机进行数据采集和处理后，同时得出板材沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量和面内剪切模量等。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提出一种大尺寸人造板弹性模量(沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量)和面内剪切模量的无损检测方法，通过大尺寸人造板质量检测、自由振动检测，以及数据信号的分析和计算，测定大尺寸人造板沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量和面内剪切模量等。

2、技术方案：本发明的技术方案如下：

本发明一种大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量无损检测方法，简易测量装置示意图如图1所示。具体为如下步骤：

步骤一：放置板材。

通过对被测板材4长度和宽度尺寸的测量，确定其自由振动的沿长度方向一阶弯曲的振型的两条节线、和沿宽度方向一阶弯曲的振型的两条节线的四个交点的位置，来调节测量支撑装置上的四个支点的位置和这四个交点重合，将被测板材水平放置在测量支撑装置上，使得长宽方向完全对称。

步骤二：设定测量结果存储目录和文件名，输入板材基本参数。

打开软件，设定测量结果存储目录和文件名，输入被测板材基本参数：板材编号(名称)，板材厚度t(mm)，板材宽度b(mm)，板材长度l(mm)。

步骤三：测量板材质量。

将四个力传感器6检测到的信号通过放大器7和数据采集卡8将结果传输到计算机2的软件中；运行软件，计算机2自动采集四个力传感器6的信号，采集时间为1至几秒钟，然后计算板材整体质量。

步骤四：测量板材沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量和面内剪切模量。

在板材的一个边角处使用力锤1沿着垂直板材幅面的方向给板材一个激振，板材自由振动。激光传感器3传感振动位移，通过数据采集卡8传输到计算机2内的软件中，软件自动识别振动信号，并采集、显示振动位移信号，采集时间为数秒钟，同时计算板材沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量以及面内剪切模量。

步骤五：存储、显示测量结果。

软件自动存储被测板材测量结果，包括：板材编号(名称)、沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量、面内剪切模量等。

软件自动显示被测板材三个测量结果：沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量与面内剪切模量。

至此，一个测量过程完毕。

本发明方法所应用的简易测量装置，具体包括：力锤、计算机、激光传感器、测量支撑装置、力传感器、运算放大器、数据采集卡及数据连接线；其中激光传感器通过数据采集卡及数据连接线连接到计算机上，力传感器通过运算放大器后，经数据采集卡及数据连接线连接到计算机上，测量支撑装置用来放置被测板材，力锤用来对被测板材激振。

3、优点及功效：本发明一种大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量的无损检测方法，其优点及功效在于：能无损、快速、方便地同时测定大尺寸人造板的主要力学性能指标，包括沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量和面内剪切模量等。与传统测试方法(小试件弯曲测量、拉伸测量等)相比，本发明的大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量无损检测方法，做到了无损检测，节约了时间、成本，操作简便。

附图说明

图1所示为本发明方法简易测量装置示意图。

图2所示为本发明方法流程图。

图中具体标号及符号说明如下：

1、力锤 2、计算机 3、激光传感器 4、被测板材

5、测量支撑装置 6、力传感器 7、运算放大器 8、数据采集卡

9、数据连接线

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明一种大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量无损检测方法所应用的简易测量装置，具体包括：力锤1、计算机2、激光传感器3、测量支撑装置5、力传感器6、运算放大器7、数据采集卡8及数据连接线9；其中激光传感器3通过数据采集卡8及数据连接线9连接到计算机2上，力传感器6通过运算放大器7后，经数据采集卡8及数据连接线9连接到计算机2上，测量支撑装置5用来放置被测板材4，力锤1用来对被测板材4激振。

本发明一种大尺寸人造板弹性模量和面内剪切模量无损检测方法，如图2所示，具体步骤如下：

步骤一：放置板材。

通过对被测板材4长度和宽度尺寸的测量，确定其自由振动的沿长度方向一阶弯曲的振型的两条节线、和沿宽度方向一阶弯曲的振型的两条节线的四个交点的位置，来调节测量支撑装置上的四个支点的位置和这四个交点重合，将被测板材水平放置在测量支撑装置上，使得长宽方向完全对称。

步骤二：设定测量结果存储目录和文件名，输入板材基本参数。

打开计算机2里面的测试软件，设定测量结果存储目录和文件名，输入被测板材4的基本参数；板材基本参数包括：板材编号(名称)，板材厚度t(mm)，板材宽度b(mm)，板材长度l(mm)。

步骤三：测量板材质量。

四个力传感器6将检测到的重力信号通过放大器7和数据采集卡8将结果传输到计算机2的软件中；运行软件，计算机2自动采集四个力传感器6的信号，采集时间为1至几秒钟，然后计算板材整体质量。四个力传感器6传感到的重力之和就是板材的整体质量M(kg)。

步骤四：测量沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量和面内剪切模量。

在板材的一个边角处使用力锤1沿垂直与板材幅面方向给板材一个激振，板材自由振动。激光传感器3传感振动位移，通过数据采集卡8传输到计算机2内的软件中，软件自动识别振动信号，并采集、显示振动位移信号，采集时间为数秒钟，分别计算沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量和面内剪切模量。具体信号分析、处理内容包括：(1)计算板材沿长度方向一阶弯曲的固有频率f₁，板材沿宽度方向一阶弯曲的固有频率f₂和板材扭转的固有频率f₃，(2)计算板材沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量，(3)计算板材面内剪切模量。

步骤五：存储、显示测量结果。

软件自动存储被测板材测量结果，包括：板材编号(名称)、沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量、面内剪切模量、沿长度方向一阶弯曲的固有频率f₁，沿宽度方向一阶弯曲的固有频率f₂和扭转的固有频率f₃。

软件自动显示被测板材三个测量结果：沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量与面内剪切模量。

至此，一个测量过程完毕，测量流程图如附图2所示。

实施例一：

下面结合一个板材的一次测量，基于说明测量方法的具体实施方式。板材材质为中密度纤维板(MDF)，板材尺寸(长×宽×厚)为：2440×1220×14.96mm。计算机2中用于信号采集、分析、处理的专用软件采用Labview虚拟仪器语言编制，流程图如图2所示。

(1)放置板材。

通过对被测板材4长度和宽度尺寸的测量，确定其自由振动的沿长度方向一阶弯曲的振型的两条节线、和沿宽度方向一阶弯曲的振型的两条节线的四个交点的位置，来调节测量支撑装置上的四个支点的位置和这四个交点重合，将被测板材水平放置在测量支撑装置上，使得长宽方向完全对称。

(2)设定测量结果存储目录和文件名，输入试件基本参数。

打开软件，设定测量结果存储目录和文件名，输入被测板材4基本参数；被测板材4基本参数包括：试件编号(名称)＝MDF15-1，板材厚度t＝14.96(mm)，板材宽度b＝1220mm，板材长度l＝2440mm。

(3)测量板材质量。

四个力传感器6将检测到的重力信号通过放大器7和数据采集卡8将结果传输到计算机2的软件中；运行软件，计算机2自动采集四个力传感器6的信号，采集时间为1.5秒，然后计算板材整体质量。四个力传感器6传感到的重力之和就是板材的整体质量M＝32.18kg。

(4)测量沿长度方向的弹性模量、沿宽度方向的弹性模量和面内剪切模量。

在板材的一个边角处使用力锤1沿垂直与板材幅面方向给板材一个激振，板材自由振动。激光传感器3传感振动位移，通过数据采集卡8采集到计算机2内的软件中，软件自动识别振动信号，并采集、显示振动位移信号，采集时间为3秒钟，分别计算沿长度方向和宽度方向的两个弹性模量和面内剪切模量。具体信号分析、处理结果为：(1)沿长度方向一阶弯曲的固有频率f₁＝5.62Hz，沿宽度方向一阶弯曲的固有频率f₂＝22.52Hz和扭转的固有频率f₃＝18.56Hz，(2)板材沿长度方向弹性模量＝3384.25MPa，板材沿宽度方向的弹性模量＝3399.36MPa，(3)板材面内剪切模量＝1626.70MPa。

(5)存储、显示测量结果。

软件自动存储被测板材测量结果，包括：试件编号(名称)＝MDF15-1、沿长度方向的弹性模量＝3384.25MPa、沿宽度方向的弹性模量＝3399.36MPa、面内剪切模量＝1626.70MPa、沿长度方向一阶弯曲的固有频率f₁＝5.62Hz，沿宽度方向一阶弯曲的固有频率f₂＝22.52Hz和扭转的固有频率f₃＝18.56Hz。

软件自动显示被测板材三个测量结果：沿长度方向的弹性模量＝3384.25MPa、沿宽度方向的弹性模量＝3399.36MPa、面内剪切模量＝1626.70MPa。