申请/专利权人：中国林业科学研究院木材工业研究所

申请日：2021-12-03

公开（公告）日：2023-12-19

公开（公告）号：CN114112676B

主分类号：G01N3/08

分类号：G01N3/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.19#授权;2022.03.18#实质审查的生效;2022.03.01#公开

摘要：一种木材横纹抗压全时程本构关系的构建方法。本发明的目的是提供一种能够准确定量地评估木材横纹抗压的全时程本构关系，用于古建筑木结构和现代木结构的安全评估的木材横纹抗压全时程本构关系的构建方法。在该本构关系构建方法中，基于能量等效原理方法构建的应力－应变关系模型采用直线来拟合，包含了横纹抗压过程中第一阶段线弹性段、第二阶段平台段和第三阶段密实段，能够简洁准确地描述木材横纹抗压全时程本构关系，克服传统参数回归拟合方法缺乏物理含义且拟合参数多的问题；定量确定的屈服点和硬化点，能够克服传统方法取比例线性载荷为屈服点导致模拟第二阶段平台段起点过低的问题，也克服了传统方法仅能定性描述硬化点位置的问题。

主权项：1.一种木材横纹抗压全时程本构关系的构建方法，其特征在于，首先加工试件并进行横纹抗压力学性能试验，然后将木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线定为三个阶段：包含了横纹抗压过程中第一阶段线弹性段、第二阶段平台段和第三阶段密实段，其中，对荷载－位移曲线三个阶段对应的应力与应变关系采用直线来进行定义，第二阶段平台段对应的应力与应变关系直线是基于能量等效原理确定，即：通过取试件表面应变值，确定木材横纹抗压全时程本构关系中第一阶段线弹性段的应力σ与应变ε关系的具体步骤如下：3-1采用应变片直接接触法或数字散斑图像非接触方法，测试木材横纹抗压试验中试件高度中央位置沿加载方向的表面应变值；3-2取木材横纹抗压试验全时程中第一阶段线弹性段的两个加载点，分别记为加载点A和点B，点A对应的荷载为FA、加载位移为ΔA、加载方向的表面应变值为εA，点B对应的荷载为FB、加载位移为ΔB、加载方向的表面应变值为εB；3-3以上述点A作为第一点，以其对应荷载为FA作为纵坐标，加载位移为ΔA作为横坐标，点B作为第二点，以其对应荷载为FB作为纵坐标，加载位移为ΔB作为横坐标，作直线I：直线I与坐标轴横轴交点记为O，直线I与木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线的上限交点记为C；3-4根据上述步骤3-2得到的加载点A、点B的荷载FA和FB，以及上述步骤1试件的宽度w和厚度t，得到加载点A、点B对应的应力σA和σB：σA＝FAwt、σB＝FBwt；3-5根据上述步骤3-2得到加载点A、点B的表面应变值εA和εB，以及上述步骤3-4得到加载点A、点B的应力σA和σB，确定木材横纹抗压全时程本构关系中第一阶段线弹性段的应力σ与应变ε关系定义为：通过取试件加载位移，确定木材横纹抗压全时程本构关系中第三阶段密实段的应力σ与应变ε关系的具体步骤如下：4-1采用位移计测量方法，测试木材横纹抗压试验全时程中试件加载位移；4-2取木材横纹抗压试验全时程中第三阶段密实段的两个加载点，分别记为加载点K和点L，点K对应的荷载为FK、加载位移为ΔK，点L对应的荷载为FL、加载位移为ΔL；4-3以上述点K作为第一点，以其对应荷载为FK作为纵坐标，加载位移为ΔK作为横坐标，点L作为第二点，以其对应荷载为FL作为纵坐标，加载位移为ΔL作为横坐标，作直线II：直线II与坐标轴横轴交点记为G，直线II与木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线的下限交点记为J；4-4根据步骤4-2得到的加载点K、点L的荷载FK和FL，以及上述步骤1试件的高度h、宽度w和厚度t，得到对应的应力σK和σL：σK＝FKwt、σL＝FLwt；4-5根据上述步骤1得到的试件高度h，步骤4-4得到的加载点K、点L的应力σK和σL，以及上述步骤4-2得到的加载位移ΔK和ΔL，确定木材横纹抗压全时程本构关系中第三阶段密实段的应力σ与应变ε关系定义为：4-6将木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线与直线II、坐标轴横轴包络的面积记为S1；通过能量等效原理，确定木材横纹抗压全时程本构关系中第二阶段平台段的应力σ与应变ε关系的具体步骤如下：5-1根据上述步骤1试件的高度h和步骤3得到的直线I，将直线I沿坐标轴横轴方向向右平移5％h，得到直线III：直线III与坐标轴横轴交点记为M，直线III与木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线的交点记为E，其对应荷载为FE、加载位移为ΔE；5-2过上述交点E作一直线，直线IV的斜率记为SLi，i＝1,…k…,n，记为直线IV：F＝SLiΔ-ΔE+FE，直线IV斜率SLi的取值以0为起始点，以0.001递增，直线斜率SLi的取值范围为直线IV与直线I、直线II、坐标轴横轴包络的面积记为S2，直线IV与直线I、木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线包络的面积记为S3，直线IV与木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线包络的面积记为S4，直线IV与直线II、木材横纹抗压力学性能试验全时程中的荷载－位移曲线包络的面积记为S5，直线IV与直线I的交点记为D，其对应荷载为FD、加载位移为ΔD、应力为σD＝FDwt，直线IV与直线II的交点记为H，其对应荷载为FH、加载位移为ΔH、应力为σH＝FHwt；5-3当直线IV的斜率取为SLk，直线IV与直线I、直线II、坐标轴横轴包络的面积S2满足即则斜率SLk为符合能量等效原理的最终确定值，因此木材横纹抗压全时程本构关系中第二阶段平台段的应力σ与应变ε关系为：根据上述关系确定木材横纹抗压全时程本构关系。

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