竹及竹地板宏观压入测试机理与有限元模拟

【摘要】：本文在宏观尺度内基于压痕加载曲线研究毛竹及竹地板的压痕硬度，并且测试材料加卸载过程中的弹性功比例，采用ANSYS Workbench对毛竹加载受压过程进行瞬态动力学分析，旨在找出毛竹不同测试面、竹龄、不同部位、竹节以及材料结构对压痕硬度以及弹性功比例的影响，并通过有限元模拟分析毛竹加载受压过程的应力应变等变化规律，结果表明： 基于压痕加载曲线的宏观压入测试可以进行小尺寸试样硬度的测量，便于测量毛竹各个面（端面、径切面、竹黄面、竹青面）的硬度，为竹材硬度测试方法的制定提供一定的参考。 毛竹端面、径切面、竹黄面、竹青面压痕硬度值之间差异显著；竹节的存在增大了毛竹端面的硬度，降低了径切面、竹黄面、竹青面的硬度；不同竹龄毛竹竹青面硬度值差异不显著，而竹龄对毛竹端面、径切面、竹黄面硬度值的影响较为复杂，没有明显的线性规律；随着竹秆高度的增加，毛竹端面、径切面、竹黄面的硬度均有增加趋势，竹青面硬度随竹秆高度先增加，到梢部有降低趋势。 单层侧拼竹地板与多层胶合竹地板硬度值不存在显著差异，而两者与重组竹地板硬度均存在显著差异；竹地板的密度与结构共同对板材的压痕硬度起到作用；竹节的存在降低了单层侧拼竹地板和多层胶合竹地板的硬度，但影响不显著。 毛竹以及竹地板加卸载过程中的弹性功比例与压痕硬度不存在完全的相关性，两个物理量之间没有一一对应关系，不能用弹性功比例来表征材料的压痕硬度，可见材料的硬度是材料各种力学性能的综合体现，是一个较为复杂的性能指标。 基于ANSYS Workbench对毛竹受球形压头加载过程进行瞬态动力学分析，得到整个加载过程变形的动态显示以及应力应变的变化规律。