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杨木——秸杆复合结构材料力学性能研究和设计

熊立奇  
【摘要】:本文所研究的杨木—秸秆层合板是一种新型结构板,其上下组分为杨木单板,中间为秸秆板,通过一定的工艺层叠组坯热压胶合而成。围绕着它的弯曲变形与强度等问题,本文作了深入、全面的研究和分析。  首先,通过多种测试手段,测定了杨木单板和秸秆板有关的力学性能。  其次,在分析了杨木—秸秆层合板的结构特点与工况的基础上,分别建立了相应的力学计算模型。独立导出了描述杨木—秸秆层合梁弯曲问题的经典理论、一阶剪切变形理论以及高阶剪切变形理论的具体表达式,这些表达式都统一在最小势能原理之下。并且独立地推导了分层剪切理论的表达式,利用这些表达式可详细地分析横向剪切效应对杨木—秸秆层合梁的弯曲变形和强度的影响。  分析结果表明,当跨高比较小时,横向剪切效应对其弯曲变形有显著的影响,各种理论所得结果相差较大,但当跨高比增大时,横向剪切效应明显减弱,各种理论值趋于接近。在强度方面,当跨高比较小时,三者所得结果不仅在数值上相对差距较大,而且在沿厚度方向上正应力分布图形也有很大差别,但随着跨高比的增大,各种理论所得结果趋于一致。  在理论分析的基础上,本文还使用有限单元法对杨木—秸秆层合梁弯曲问题进行了分析计算。为验证各种力学模型理论分析与有限元计算结果是否正确合理,对实际结构在承受横力作用下的变形与应力进行了测定。并且根据等效梁原理,建立了杨木—秸秆层合梁的有效弹性模量的表达式。  最后,对杨木—秸秆层合梁横截面结构形状进行了合理设计。  


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