一种基于改进Kelvin-Voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法

本发明涉及重组竹材压缩蠕变应变预测，具体为一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法。

背景技术：

1、重组竹材是一种将竹材疏解成一定长度、保持纤维原有排列方式并相互交联的疏松状竹束,再经干燥、施胶、顺纹方向组坯热压而成的一种强度高、规格大、具有天然结构的新型竹质材料,该产品现已开发应用于户外地板、墙板、建筑结构材，得到欧美、澳大利亚等国国民的喜爱，也成为竹产品中增长速度最快、需求量最大的产品。

2、目前在对重组竹材进行压缩蠕变应变预测时，由于重组竹自身力学性能分散性强的缺陷，无法准确预测重组竹试件的压缩蠕变应变，预测效果差。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、因此，本发明的目的是提供一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，能够有效克服重组竹自身力学性能分散性强的缺陷，准确预测多款重组竹试件的压缩蠕变应变。

3、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

4、一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其包括：

5、s1、对重组竹材进行2种不同应力水平下的蠕变试验，记录试验过程中的压缩蠕变应变增长过程；

6、s2、采用基于变阶次的r-l分数阶理论定义的kelvin-voight模型对2种应力水平下的压缩蠕变应变进行拟合分析，确定模型主要参数值；

7、s3、对应力与模型主要参数之间的关系进行拟合，获得这些模型参数在其他任意指定应力水平下的数值；

8、s4、将推导得到的模型参数代入同样的r-l分数阶定义的kelvin-voight模型中，对重组竹在其他应力水平下的压缩蠕变进行预测。

9、作为本发明所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法的一种优选方案，其中，所述步骤s2中，kelvin-voight模型由一个弹性单元e1与一个kelvin单元串联而成，其中kelvin单元由弹性单元e3和黏性单元η2并联组成，该模型在时域范围内的应力应变关系为：

10、σ1＝σ2+σ3＝σ0 (1)

11、σ1(t)＝e1ε1(t) (2)

12、σ3(t)＝e3ε3(t) (3)

13、ε3(t)＝ε2(t) (4)

14、式中，σ0为模型的总应力值，σ1、σ2和σ3分别为弹性单元e1，黏性单元和弹性单元e3的应力值，ε1、ε2和ε3分别为同样单元的应变值。

15、作为本发明所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法的一种优选方案，其中，步骤s2中，黏性单元的时域应力-应变关系采用分数阶理论进行研究，相应的定义为：

16、

17、式中，α为分数阶的阶次。

18、作为本发明所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法的一种优选方案，其中，步骤s2中，

19、采用的分数阶模型为r-l分数阶模型，其定义为：

20、

21、采用变阶次分数阶理论进行分析，定义形式为：

22、

23、式中，下标i表示第i个时间步，基于该模型，可以对黏性单元的应力-应变关系进行拟合，结果为：

24、

25、式中，α(ti+1)和η(ti+1)分别为阶次与黏性系数在第i个时间步内的值，当该时间步内的应力水平保持不变时，可以认为这两个参数数值也保持不变，基于该假设基础，相应的应力应变关系为：

26、

27、作为本发明所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法的一种优选方案，其中，步骤s3中，采用指数函数与幂函数，对应力与模型主要参数之间的关系进行拟合。

28、作为本发明所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法的一种优选方案，其中，步骤s3中，对应力与模型主要参数之间的关系进行拟合具体如下：

29、采用指数函数，对应力水平-阶次以及应力水平-弹性模量这两组关系进行拟合，定量确定应力水平对这2两组关系参数的影响规律，在此基础上确定这两个模型参数在其他任意指定应力水平下的具体值；

30、采用幂函数，对应力水平-黏性系数的关系进行拟合，定量确定应力水平对该参数的影响规律，并在此基础上确定该参数在其他任意指定应力水平下的具体值。

31、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明基于该r-l分数阶理论定义的kelvin-voight模型，能够有效克服重组竹自身力学性能分散性强的缺陷，准确预测多款重组竹试件的压缩蠕变应变，具有较好的工程适用性。

技术特征：

1.一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，kelvin-voight模型由一个弹性单元e1与一个kelvin单元串联而成，其中kelvin单元由弹性单元e3和黏性单元η2并联组成，该模型在时域范围内的应力应变关系为：

3.根据权利要求2所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其特征在于，步骤s2中，黏性单元的时域应力-应变关系采用分数阶理论进行研究，相应的定义为：

4.根据权利要求1所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其特征在于，步骤s2中，

5.根据权利要求1所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其特征在于，步骤s3中，采用指数函数与幂函数，对应力与模型主要参数之间的关系进行拟合。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进kelvin-voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，其特征在于，步骤s3中，对应力与模型主要参数之间的关系进行拟合具体如下：

技术总结
本发明公开一种基于改进Kelvin‑Voight模型的重组竹材压缩蠕变应变预测方法，该方法首先通过对重组竹材进行2种不同应力水平下的蠕变试验，并采用一种新的基于变阶次的R‑L分数阶理论定义的Kelvin‑Voight黏弹性力学本构关系模型对其进行分析，获得模型在这2种应力水平下的主要参数值；其次分别采用指数函数与幂函数，对应力与主要模型参数之间的关系进行拟合，获得这些模型参数在其他任意指定应力水平下的数值；最后基于前一步获得的参数值及Kelvin‑Voight模型，对重组竹在其他应力水平下的压缩蠕变进行预测。研究结果表面基于该方法能够有效克服重组竹自身力学性能分散性强的缺陷，准确预测多款重组竹试件的压缩蠕变应变，具有较好的工程适用性。

技术研发人员：孙嵩松,李海涛,龚小林,万茂松,徐晓美,王崴崴,孙宁,张营
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30