木材的力學(xué)性質(zhì)試驗研究及數(shù)值模擬方法.pdf

1、木材是一種使用歷史悠久的生物材料，它具有自重輕、強度高、加工容易等優(yōu)點，因而在建筑領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用。近年來，新型工程木制品的廣泛使用和古舊木材鑒定加固的需求刺激了對木材物理力學(xué)性質(zhì)更深入的探索，特別是建立木材的精細化力學(xué)模型并實現(xiàn)木材在計算機中的彈塑性模擬顯得尤為重要。本文以此為出發(fā)點，在對木材力學(xué)性質(zhì)試驗分析的基礎(chǔ)之上，針對所要解決的具體問題，建立了兩套木材的數(shù)值模型，并分析和評價了其有效性和可能的應(yīng)用前景。
　　首先，本文以

2、紅松材為試驗對象，測試了材料在三個主方向和多個斜方向的彈性模量、泊松比、剪切模量、交叉彈性系數(shù)、抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度等多組彈性常數(shù)和極限強度，并比較了這些材料參數(shù)與張量轉(zhuǎn)軸公式、Hankinson經(jīng)驗公式、各向異性屈服準(zhǔn)則之間的關(guān)系，從定性和定量兩方面總結(jié)了木材的主要受力特性。
　　其次，基于木材的微觀結(jié)構(gòu)和對材性的分析結(jié)果，本文建立了可以同時反映木材微觀形態(tài)和宏觀力學(xué)表現(xiàn)的平面晶格模型，該模型全部由彈簧單元連接而成，模型

3、中各彈簧的參數(shù)依據(jù)能量原理確定，模型模擬結(jié)果的有效性由試驗測試結(jié)果得到驗證。
　　之后，本文建立了木材的兩套本構(gòu)模型來反映木材在宏觀上的彈塑性力學(xué)行為。第一套本構(gòu)模型是基于纖維復(fù)合材料本構(gòu)模型的改進，它能夠計算材料在任意方向受壓時的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。第二套本構(gòu)模型建立在經(jīng)典的彈塑性力學(xué)框架內(nèi)，可以用于描述木材在任意荷載作用下的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，并通過用戶自定義子程序UMAT實現(xiàn)了在ABAQUS中的嵌入。
　　最后，在對木材的材性研