一种扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法

本发明涉及木材加工，尤其涉及一种扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法。

背景技术：

1、小径木质生物材料，如灌木、树木枝条、藤条、棉秆及麻秆等农作物秸秆等，是一种具有多用途、可再生的木质化生物资源，具有较高的经济价值。

2、灌木类(涉及蝶形花科、桦木科、胡颓子科、杨柳科等)是无明显直立主干的木本植物，其枝条以及树木枝条纤细，可用于编制筐篓、席和日用工艺品的必要原料。藤条包括双子叶植物木本藤蔓等，木本藤蔓(如葛藤等)为攀援植物，其茎柔软、纵向强度大，可用作简易桥梁、绳索、编织等用途。麻秆(涉及锦葵科、荨麻科、桑科、椴树科、亚麻科等)是1年生草本植物，1年一般可收割2～3次，副产物麻秆是造纸的优良原料，还可用来生产人造板。棉秆是锦葵科草本植物、半木质化，棉秆芯制成浆后可与长纤维浆料配合抄纸，全秆是很好的造纸和人造板的原料，我国每年约有4000万t棉秆，其中约85％作为燃料消耗或丢弃。

3、目前，虽然也有一些与试验设备相适应的抗拉试样设计，但这些方法要么不具有代表性，要么试验过程中试件在夹头处断裂、或力的作用线不经过试件几何中心而产生偏移剪切，现有设备和夹具、方法难以测定整根小径木质生物材料的顺纹拉伸强度。

4、因此，急需探索出一种小径木质生物材料顺纹抗拉强度测试新方法，为后续小径木质生物材料标准化的材性测试提供基础数据、为构建灌木等小径木质生物材料国家标准体系的同时，对于指导小径木质生物材料高加值加工利用提供具体的方法、手段和理论基础。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，以避免采用现有方法带来的难以准确测定整根小径木质生物材料顺纹拉伸强度的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，包括如下步骤：

4、s1、制样

5、将小径木质生物材料截取为长度160mm的试样，自试样中心沿轴向一分为二，获得两个长度160mm的半分体试件；

6、沿所述半分体试件的长度方向，将其两端各保留50mm长，并在试件中间长40mm的部分加工截面为扇形的有效试验段；所述截面为扇形的有效试验段以试件纵轴线为中心对称加工而成，且有效试验段与其两端各连接的10mm长度位置处加工成弧形过渡；

7、s2、平衡处理

8、将加工好的试件放入调温调湿箱中，在温度20±2℃、相对湿度65±5％的环境中调节至平衡含水率；

9、s3、获取顺纹抗拉强度

10、对试件进行拉伸实验，并利用式1计算对应的顺纹抗拉强度σ；

11、或

12、式中：σ为试件的顺纹抗拉强度，精确至0.01mpa；

13、pmax为破坏载荷，n；

14、r为试件扇形截面所在圆半径，mm；

15、l为试件扇形截面的弧长，mm；

16、α为试件扇形截面所对的圆心角，°。

17、作为本发明的优选方式之一，所述步骤s1中，小径木质生物材料包括灌木、树木枝条、藤条、棉秆、麻秆等农作物秸秆。

18、作为本发明的优选方式之一，所述步骤s1中，在试件中间长40mm的部分沿其左右两侧削去两个槽口后，获得所述截面为扇形的有效试验段。

19、作为本发明的优选方式之一，所述步骤s1中，截面为扇形的有效试验段，其扇形为1/n圆，且n≥4。

20、作为本发明的优选方式之一，所述n取4、8或16。

21、作为本发明的优选方式之一，所述步骤s2中，将加工好的试件放入调温调湿箱中，调节5天至平衡含水率。

22、作为本发明的优选方式之一，所述步骤s3中，拉伸实验时，在半分体试件两端弧形处粘贴橡胶垫片，以增大与试机夹口间摩擦力，防止试样与夹具之间的相对滑动，并保护试样夹持端免于受损。

23、本发明相比现有技术的优点在于：

24、(1)本发明试件有效部分截面为扇形，不论木质生物材料整个秆茎结构从外向内如何变化，扇形截面和圆形截面结构比例是相同的，且拉伸过程中也不会产生滑移、夹断、不在试件有效部位断裂等非正常情况；同时，拉力的作用线恰好经过试件几何中心而不会产生偏移剪切，因此测量的拉伸强度与整个试件是一致的；

25、(2)本发明有效试验段与两端各连接的10mm处加工成弧形过渡，这样设计可有效优化试样受力，保证实验过程中的断口发生在中间长40mm的部分；

26、(3)本发明在拉伸实验时，根据需要，还可在半分体试件两端的弧形侧加垫弧形垫片，在保持受力均衡的同时，也可增大试机夹头与试件间的接触面积，更有利于试验的顺利、有效完成；

27、(4)本发明顺纹抗拉强度或公式，计算简单；同时，式中参数，如破坏载荷pmax可从试机上直接读取，试件扇形截面所在圆半径r、弧长l或所对的圆心角α测量方便、精确可靠，试验可操作性强。

技术特征：

1.一种扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，所述步骤s1中，小径木质生物材料包括灌木、树木枝条、藤条、棉秆、麻秆。

3.根据权利要求1所述的扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，所述步骤s1中，在试件中间长40mm的部分沿其左右两侧削去两个槽口后，获得所述截面为扇形的有效试验段。

4.根据权利要求1所述的扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，所述步骤s1中，截面为扇形的有效试验段，其扇形为1/n圆，且n≥4。

5.根据权利要求4所述的扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，所述n取4、8或16。

6.根据权利要求1所述的扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，所述步骤s2中，将加工好的试件放入调温调湿箱中，调节5天至平衡含水率。

7.根据权利要求1所述的扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，其特征在于，所述步骤s3中，拉伸实验时，在半分体试件两端弧形处粘贴橡胶垫片，以增大与试机夹口间摩擦力。

技术总结
本发明提供了一种扇形截面测量小径木质生物材料顺纹拉伸强度的方法，该方法将待测小径木质生物材料截取长度为160mm的试样，自试样中心沿轴向一分为二，获得两个半分体试件，将其两端各保留长50mm，中间长40mm的部分以纵轴对称加工成工截面为扇形的有效试验段，与两端各连接的10mm长加工成弧形过渡。同时，给出试件顺纹抗拉强度σ计算方法，即或为小径木质生物材料材性的全面研究和高附加值加工利用提供理论基础。

技术研发人员：孙玉,余林鹏,汪佑宏,王福利,杨明亮,周亮,张康健,赵鹏
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13