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【目的】对比不同腹杆角度下北美黄杉和云杉-松木-冷杉(SPF)华伦式平行弦木桁架的承载性能,探究腹杆角度和结构用材对华伦式平行弦木桁架承载性能的影响规律,为平行弦木桁架结构设计提供理论依据。【方法】以承载力和稳定性为验算指标,利用Smsolver结构力学求解器对平行弦木桁架各杆件的内力变化及其变形情况进行定量分析,得到平行弦木桁架腹杆角度的上、下临界角度和最优腹杆角度;采用ABAQUS有限元软件对3种腹杆角度的北美黄杉和SPF平行弦木桁架进行有限元模型分析与验证,获得不同基材平行弦木桁架在不同腹杆角度情况下的内力变化规律,判断其可能的破坏形式和受力机理;以SPF和北美黄杉为基材分别制作3种腹杆角度的平行弦木桁架,进行抗弯承载性能静力试验,探究平行弦木桁架的极限荷载、应力分布及主要破坏形式,并与有限元模拟结果进行对比,验证平行弦木桁架有限元模型分析的准确性和适用性。【结果】1)华伦式平行弦木桁架的最优腹杆角度为47°,下临界角度为34°,上临界角度为60°;2)北美黄杉平行弦木桁架的极限荷载范围为26.53～40.83 kN,跨中挠度范围为30.57～31.01 mm,SPF平行弦木桁架... 相似文献
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【目的】研究国产落叶松轻型木桁架的静力承载性能,为轻型木结构建筑的本土化发展提供科学依据。【方法】以国产日本落叶松和国产齿板为试验材料,设计制作2种工况共6榀跨度为4.8 m的平行弦轻型木桁架。通过静力承载试验,研究轻型木桁架的极限荷载、受力分布和破坏形式,并通过建立有限元模型与试验结果进行对比分析。【结果】P和L型轻型木桁架的极限荷载平均值分别为22.45和22.94 k N,是设计荷载的2.27和2.32倍,变异系数分别为7.9%和7.1%。P型轻型木桁架最终破坏为脆性破坏,主要破坏点为桁架三分点处(即集中荷载施加处)和两端斜腹杆连接节点;L型轻型木桁架在2倍设计荷载之后逐渐出现平面外变形,当侧向变形较大时失去承载能力。通过SAP 2000有限元模拟发现,节点挠度与试验结果基本相符,挠度最大值为跨中位置,并向两端逐渐减小;弯矩最大值和轴力最大值在桁架弦杆的三分点处和两端斜腹杆节点,与试验结果相符。【结论】2种轻型木桁架在设计荷载下承载性能均较好,但由于木材非均质特性及加工差异表现出一定的离散程度;较P型轻型木桁架而言,L型轻型木桁架承载能力略高,但其面外刚度较小易发生侧向变形,在实际应用中应采取措施减小侧向变形,而P型轻型木桁架面外刚度较大相对稳定,更利于实际应用;分析认为平行弦轻型木桁架的薄弱环节在端部节点和集中荷载施加处,SAP 2000有限元模拟可以有效预测轻型木桁架在实际应用中的受力和变形情况。 相似文献
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《林业工程学报》2017,(2)
轻型木桁架由于其优异的性能在现代木结构建筑屋盖与楼盖系统以及城市的"平改坡"工程中得到广泛的应用。而在轻型木桁架类别中,除普通单榀木桁架外,还包括多榀木桁架,这种多榀木桁架是由多片单榀木桁架通过连接件组合而成。多榀木桁架一般用于屋盖或楼盖系统中的关键部位,其除受到上部均布荷载外,还受到其他与其搭接的普通桁架传递的集中荷载,其受力环境较普通桁架更为复杂。这种通过多个单榀木桁架组合而成的多榀木桁架也成为现代木结构屋盖、楼盖关键承力节点处最常用的结构形式,有着广泛的应用前景。笔者结合多榀木桁架的连接节点性能、轻型木桁架的承载性能及破坏机理、加载制度和模型模拟等方面的国内外研究进展,总结了该领域的研究热点,并对多榀木桁架今后的发展尤其是多榀木桁架榀与榀之间的连接方式提出了看法。 相似文献
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超细木粉属于微纳米木粉,将其填加到复合材料中可使复合材料的性能得到改善。依据超细木粉粒径的大小和木材细胞的结构特点,分析在加工超细木粉过程中必须进行细胞的破壁力计算,并以针叶材细胞的微观结构为受力分析依据,建立单一细胞受力模型。用四根铰接桁架杆单元来模拟细胞外壁,用两根交叉铰接桁架杆来模拟细胞内压力,即用六根桁架杆单元结构模拟单一针叶材细胞。对单一细胞模型外施均布载荷分析各杆单元的受力、变形及压溃情况,利用结构力学和有限元法分别对单一细胞和多细胞状态下进行模拟受力分析。将其结果作为设计超细木粉机加工刀具的理论依据。 相似文献
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木射线作为木材显微构造中的一个重要特征,在木材构造和树种识别的研究中具有重要意义。以针叶材为研究对象,基于计算机视觉技术对木射线特征快速提取方法展开研究,最终构建一套完整的算法,从而使研究人员在向计算机传入针叶材的弦切面图像和比例尺后,即可快速得到木射线细胞数和高度的微观特征。首先对50种针叶材树种的弦切面图像数据集构建U-Net网络模型进行语义分割,对比了在不同放大倍数下木射线的分割效果,发现放大倍数大于10倍时分割效果较好;在此基础上,设计和编写计算分割后图像中的木射线最小覆盖圆算法,可以快速提取木射线的高度,进而得到射线平均高度;再将分割后的木射线图像数据集进行目标检测模型训练,实现射线细胞的目标检测及自动计数功能,并将二值图像阈值分割法和YOLOv3、YOLOv5算法进行比较。结果表明,YOLOv5对射线细胞的检测效果最好。采用本研究方法所提取的木射线高度和细胞数与人工实测结果相比,木射线高度值的偏差不超过4%,细胞计数误差不超过6%。 相似文献
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《林业科学》2021,57(5)
【目的】实时、同步测量楸木生长轮、早/晚材的水分吸着等温线和湿胀应变量,从生长轮尺度上揭示早/晚材的径、弦向湿胀行为规律及其相互作用机制。【方法】以楸木心材同一生长轮内的独立早材、独立晚材、生长轮内早材、生长轮内晚材及生长轮为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用白光显微镜成像技术,在(25±0.1)℃条件下,相对湿度以10%为梯度从0%升至90%,每个相对湿度梯度分为水分吸着阶段和平衡含水率恒定阶段:在水分吸着阶段,同步测量水分吸着等温线和径、弦向湿胀应变量;在平衡含水率恒定阶段,考察"湿胀行为"与"平衡含水率"之间是否存在滞后现象。【结果】1)在0～90%范围内任一相对湿度水平,晚材的平衡含水率均大于早材,且二者之间的差值随相对湿度升高呈先增大后减小的趋势,晚材试样的重现性优于早材试样; 2)在径向湿胀方面,无论独立试样亦或生长轮试样的内部组织,晚材的湿胀应变量均大于早材,生长轮的湿胀应变量介于二者之间,且早材与晚材之间径向湿胀应变量的差值随相对湿度增加而增大; 3)在弦向湿胀方面,独立早材的湿胀应变量最小,生长轮内早材表现出与生长轮内晚材、独立晚材和生长轮相似的情况; 4)生长轮、生长轮内晚材和独立晚材的径、弦向差异湿胀均约为1.30;当相对湿度大于40%时,生长轮内早材和独立早材的径、弦向差异湿胀呈明显增大趋势,其中独立早材增大至1.83,生长轮内早材增大至2.28; 5)在平衡含水率恒定阶段,生长轮、早材和晚材的径、弦向湿胀应变量与水分吸着阶段相比低4个数量级。【结论】在水分吸着阶段任一相对湿度水平,楸木早材的平衡含水率均小于晚材;楸木生长轮的径向湿胀行为取决于早材和晚材发生共同湿胀的净效果,晚材的湿胀行为占主导;楸木生长轮的弦向湿胀行为主要取决于晚材;早材表现出比晚材更高的径、弦向差异湿胀。生长轮、早材和晚材均可视为同步达到"含水率平衡态"和"径、弦向湿胀应变平衡态",即"湿胀行为"与"平衡含水率"之间不存在滞后现象。 相似文献
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《林业科学》2021,57(7)
【目的】采用高强度微波对辐射松进行改性处理,探究不同微波功率、处理时间和木材纹理方向对辐射松吸声性能的影响,以提高木材的附加价值、拓展木材的应用领域。【方法】将新采伐的辐射松生材干燥至含水率40%～60%,在不同微波功率(100、120和140 kW)与处理时间(20和30 s)组合条件下处理辐射松木方,获得微波处理材。采用传递函数法测量微波处理材径切面和弦切面的法向吸声系数,探讨不同处理条件下辐射松吸声性能的变化规律,借助光学显微镜和扫描电子显微镜观察辐射松的解剖构造和微波处理前后的微观结构形貌。【结果】微波处理材与对照材相比,密度和含水率显著下降,不同处理条件下辐射松吸声性能均有不同程度提升,吸声系数提高4.79%～201.9%,平均吸声系数最高达0.320;不同条件下微波处理材的吸声系数在1 000 Hz以下的低频范围内变化不显著,吸声系数呈先上升后下降的趋势,在1 000 Hz左右出现吸声低谷,在1 000 Hz以上差异显著,吸声系数随频率升高呈上升趋势;微波功率越大、处理时间越长,处理材吸声性能越好,吸声系数曲线上升趋势越大;处理材弦切面的吸声系数比径切面高9.6%～29.6%,对照材径切面的吸声系数在1 000 Hz以上低于对照材弦切面,在1 000 Hz以下高于对照材弦切面;辐射松弦切面相较于径切面存在丰富的单列木射线和少量纺锤形木射线,微波处理材轴向管胞壁和胞间层出现裂缝,管胞上纹孔膜消失,木材孔隙率和相邻孔隙之间的连通性增加,声波在木材内部传播可更大概率地与孔隙壁摩擦,增加声能损耗从而达到更好的吸声效果;微波功率、处理时间和木材纹理方向与吸声系数的相关性分别为0.519、0.637和0.705,3个变量对吸声系数均有中等程度影响,其中木材纹理方向对吸声性能的影响最大。【结论】辐射松未处理材弦切面和径切面的平均吸声系数分别为0.167和0.106,吸声性能不佳;微波改性处理是提高木材吸声性能的有效方法,但会导致木材微观结构破坏,最佳微波处理工艺为微波功率140 kW、处理时间30 s、木材纹理方向选择弦切面;微波处理材的吸声系数最高达0.320,属于吸声材料范畴。 相似文献
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通过工艺实验,对重组木和单板条平行胶合材(PSL)的主要力学性能进行了研究。采用杨木、落叶松和桦木小径材作为重组木原料;以胶合板厂的杨木及桦木旋切后的废单板条作为PSL的原料。在实验室条件下,利用低质小径木和木材加工剩余物,制造出具有高强度的结构用重组木和PSL;对两种人造木材的工艺条件进行了比较与分析,分别提出了影响重组木和PSL力学强度的主要工艺因子。结果表明热压压力是影响重组木力学强度的一个重要工艺因子,而单板条长厚比对PSL也是一个重要工艺因子。 相似文献
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小径木重组材是一种先进生物质材料,在家具、地板制造和室内外用材等方面具有较好的应用前景。为了研究小径木重组材与家具设计之间的关联性,探明小径木重组材应用于家具设计的具体适应性,文章综合运用比较分析法、功能分析法、调查法等科学研究方法,在概述小径木重组材的制造工艺和应用范围的基础上,从家具设计的形式设计、功能设计、情感设计和绿色设计4个方面,结合小径木重组材的材料特性和家具设计过程中对于材料的表现要求,对比了小径木重组材在软硬、轻重、冷暖等感觉性能及肌理、色彩、光泽等表面性能与天然木材的异同,分析了小径木重组材的机械加工性能和功能改性对于家具功能的增益,描述了小径木重组材培养型和寓物型情感特征的由来,调查了小径木重组材在产品生命周期评价体系中与定向刨花板、中密度纤维板相比能源消耗的增减。最终验证了小径木重组材应用于家具设计与制造的合理性和优胜性,侧面反映了家具制造对于小径木重组材制材的改性要求,为利用小径木重组材进行家具设计提出了参考要素,为拓宽木质家具用材渠道同时实现小径木重组材高值化利用的双赢问题提供了理论依据。 相似文献
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对经过水热软化处理和顺纹压缩后榆木试件的单向和"S"形弯曲性能进行研究,结果表明:成熟材的单向和"S"形弯曲性能好于幼龄材;弦向的单向和"S"形弯曲性能好于径向;顺纹压缩后"S"形弯曲性能好于相应的单向;幼龄材、径向和"S"形弯曲的变异性相对较小。 相似文献
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人工林杨木由于密度低、易皱缩的缺陷限制了其进一步利用。利用不同温度的饱和蒸汽对皱缩杨木试样进行不同时间的皱缩恢复处理,同时测试皱缩试材的径弦向恢复指标。试验数据采用SAS软件进行分析。结果表明:在温度对恢复指标的影响中,试样在100℃处理温度下其弦径向达到最大恢复率,分别为1.650%和1.501%;在时间对恢复指标的影响中,6 h处理试样的弦径向尺寸恢复率达到1.670%和1.411%;根据交互影响得到杨树皱缩恢复最佳工艺条件为100℃,6 h较优;80℃,6 h次之。 相似文献