常见紫衫和挪威云杉的三维弹性性能

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1、常见紫衫/红豆杉和挪威云杉的三维弹性性能DanielKeunecke.StefanHering.PeterNiemz摘要：考虑到/鉴于/由于紫衫（木）/红豆杉的高密度，所以其纵向弹性模量/杨氏模量很小，这使其在（众多的）针叶树木材之中变得很特殊/特别/独一无二。然而，紫衫与其他负载/载荷方向的弹性响应/反应大部分/在很大程度上还是未知的。因此，我们的目的全面/全方位地描述/表征紫衫木木材的三维弹性性能。为了实现/达到这一目的/目标，我们选取了一些类似狗骨头形状的紫衫木木材试样进行拉伸试验，并使用万能试验机及数字图像相关技术来确定3个杨氏模量和6个泊松比。同样，所有的试验也要在云杉木

2、材上做一遍，并把云杉作为参考/参照树种。通过我们小组在之前的研究确定下了剪切模量之后，紫衫和云杉的所有工程弹性常数都被确定了。基于这些值，（紫衫和云杉的）三维弹性性能可以通过变形体和极坐标图进行描述。通过分析/评价这些插图/图例/图解/解释/说明显示（说明），紫衫仅在纵向方向上具有较低的刚度。在所有其他三维方向，云杉的刚度显然要比紫衫的小。特别/尤其在径向切平面上，这两个树种的各向异性弹性度有很大的不同（变化）（变化很大）。所提及的紫衫和云杉之间的所有差异都来自/起源于/发生于微观层面/水平。简介几百年来/数百年，紫衫都是一个非常受欢迎的用于制作长弓/大弓的木材，因为它特别符合一个

3、条件：它十分的柔韧/易弯曲/可弯曲。在长弓受载荷的情况下，用/从技术/工程术语来说，柔性/柔韧性/灵活性/弹性意味着在有小纵向弹性模量（EL）的同时还要在弹性范围内有大应变。一些文献记载/记录通过静态试验确定了紫衫相对较低的轴向刚度（6200-12000MPa）。鉴于/考虑到其（紫衫）的高生材密度（在11%-12%平衡含水率时，其密度为620-720kg/m^3），这个屈服/柔度特性使紫衫木木材在裸子植物中变得特别/独一无二，并让其成为一个让人感兴趣的案例，能够进一步研究其弹性（性能）。然而，显然不太/很少有人知道紫衫与其他负载/载荷方向的弹性响应。在第一种方法中，我们用超声波确定

4、紫衫额云杉的杨氏模量和剪切模量。紫衫的径向（ER）和切向（ET）的杨氏模量是云杉的2.0-2.3倍，这是因为（紫衫的）密度高，这在剪切模量上反应/体现的更加明显/强烈：紫衫的径向剪切模量GLR和切向剪切模量GLT是云杉的3倍，紫衫的GRT是云杉的6倍。由于/因为我们关心的是紫衫木木材完整的弹性力学特性，因此有两个方面是我们必须要考虑的：1.众所周知，用动态方法确定的杨氏模量跟剪切模量相比/（相）对比，其被估计过高，这与用静态方法确定的值在同一个范围内。2.木材的应力-应变关系，看作/视为/当作菱形晶系，是以12个柔度系数Sij为基础的。为了计算出它们，我们需要使用一套完整的所谓工程

5、弹性常数（也称为弹性常数）。因此，除了杨氏模量和剪切模量外，还需要泊松比。因此，在本研究中，我们设计了一个适当/合适/适合/适宜/恰当的“狗骨”形状的试样/样本/样品，并通过在标准气候条件下（温度为20度，相对湿度为65%）的单轴拉伸试验确定了紫衫的三个杨氏模量和六个泊松比。通过这种方法/手段，并将剪切模量考虑到我们之前的研究中（在我们之前的研究中将剪切模量考虑在内），（这使得我们）对三维弹性性能做进一步的解释/说明是可能的，甚至/即使当负载轴和三个正交轴L，R和T的任何一个都不重合。对于木材而言，后者的（基本）原理是由Horig在1933年首次提出的并用极坐标图进行说明/阐述。为

6、了作为一个参考试样和讨论的基础，我们所有的研究和评价也会对挪威云杉做一遍。其力学性能在大量研究中都是有据可查的，这对评价/评估我们结果的有效性/正确性很有帮助。在木材（行）业，云杉的第一套工程弹性常数以及确定。同时/在此期间，有关软材（针叶树材）和硬材（阔叶树材）以及部分热带树种进一步的整套工程弹性常数也得到确定。虽然杨氏模量的确定是相对简单的（例如，在拉伸试验中确定），剪切模量的确定需要付出更多的努力。用立方体或者光盘直接测量，并且通过转矩间接测量以及动态方法/过程/程序/步骤/做法，例如超声波和固有频率。因为/由于很难准确地测得/测定小应变，只有极少数树种木材的泊松比可以从文献

7、中获得/查询到。到目前为止，他们通常使用应变计或者电感式应变测量法来确定（泊松比）。在本研究中，我们选择了一种非接触式的光学表面变形测量方法。这个数字图像相关技术的主要优点如下：（1）在试验期间，测量过程中没有影响到试样的性能；（2）对于试样的尺寸和几何形状没有限制（3）全方位的测量，包括/覆盖木材中可能出现的非均匀/不均匀表面变形。通过这个研究，我们想要（1）描述紫衫木木材的三维弹性性能（2）评估/评价紫衫和云杉有关弹性之间的主要区别/差别（3）验证所选择的实验装置