木材抗压强度检测方法与流程

1.本发明涉及木材检测技术领域，特别是涉及木材抗压强度检测方法。


背景技术：

2.当木材被选作放射性物品运输容器的主要缓冲吸能材料时，需要考虑木材顺纹方向的抗压强度，该强度是影响木材缓冲性能的重要指标之一。
3.然而，在当前木材顺纹方向抗压强度测试标准中，仅测试木材在溃缩前的最大抗压强度，且在测试过程中木材试样横向为自由状态，这与减震器中木材实际承压状态存在偏差。因此，通过该测试标准得到的数据精确度较低，并不能真实反映木材抗压强度。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中对木材顺纹方向的抗压强度测试时，精度较低，不能真实反映木材抗压强度的技术问题，提供一种木材抗压强度检测方法。
5.一种木材抗压强度检测方法，包括以下步骤：选取木材试样，并记录所述木材试样的初始高度h；对所述木材试样的底部进行限位，并对所述木材试样的周侧进行限位；待所述木材试样完成限位安装后，对所述木材试样的顶部施压，并记录施压时的压缩行程d、施压载荷f以及施压面积a。
6.上述的木材抗压强度检测方法，通过对木材试样的底部限位，确保木材试样在顶部施压时不会沿自身轴向朝向施压方向移动，以保持木材试样的底部基准不变。同时，对木材试样的周侧限位，确保木材试样在顶部施压时不会沿自身径向或者与自身轴向呈角度的方向膨胀、劈裂；而且，正是因为有周侧的限位，对木材试样径向限位，即限缩径向的位移，确保木材试样不会轻易倒伏。也就是说，本发明提供的木材抗压强度检测方法，通过对木材试样底部和侧部的限位，满足对木材试样受压时轴向位移限位和径向位移限位。如此，不仅确保木材试样能够充分承接所施压的压力以做出最真实的变化，而且确保木材试样不会轻易产生裂纹、出现劈裂、倒伏等问题，从而提高检测精度。
7.在一些实施例中，在进行所述木材试样的顶部试压前，选择所述木材试样的顶部局部作为施压部位。通过局部施压的方式，使得出现形变的也是木材试样的部分，并不是涉及到全部的木材试样，进一步改善施压过程中木材易倒伏的问题。
8.在一些实施例中，所述施压部位位于所述木材试样的中部，且所述施压部位的轴线与所述木材试样的安装轴线重合，所述安装轴线为所述木材试样完成限位安装后的中轴线。相当于对木材试样的中部进行施压，确保木材试样沿自身径向的受力相同。
9.在一些实施例中，所述施压部位的横截面积占所述木材试样横截面积的30％-45％。利用数值的限定，在满足施压操作的同时，缓解对木材试样中部施压时导致木材试样侧壁出现裂纹的问题。
10.在一些实施例中，在对所述木材试样的周侧限位时，将所述木材试样装入限位底座中，根据所述木材试样与所述限位底座的侧壁之间的间距，调节所述限位底座的安装空
间的大小，使得所述限位底座的侧壁相对所述木材试样的侧壁产生压紧力。限位底座的设置以满足木材试样的装配，并且根据间距调节限位底座的安装空间大小，满足对木材试样侧部限位的同时，降低是对木材试样的压损。
11.在一些实施例中，在调节所述限位底座的安装空间的大小时，在所述木材试样的侧壁与所述限位底座的侧壁之间加装挡块，直至不能加入新的所述挡块为止或移动所述挡块直至挡块压紧于所述木材试样的侧壁。或者在调节所述限位底座的安装空间的大小时，移动所述限位底座的侧壁促使所述限位底座的侧壁压紧于所述木材试样的侧壁。通过加装挡块的方式或者移动限位底座侧壁的方式满足对木材试样的周侧限位。其中，加装挡块能够根据间距大小逐一装入，降低对木材试样的压损；同时，移动限位底座侧壁的方式节省操作耗时，且操作便捷。
12.在一些实施例中，所述木材试样呈立方柱体状，且所述木材试样具有呈角度设置的第一侧壁和第二侧壁；在调节所述限位底座的安装空间的大小时，以所述第一侧壁和所述第二侧壁分别紧贴于所述限位底座对应的侧壁为调节基准。通过选择基准的方式便于对木材试样的周侧限位。
13.在其中一个实施例中，在进行所述木材试样的限位安装前，调整所述木材试样的安装位姿，使得所述木材试样的上的顺纹自所述木材试样的顶部向所述木材试样的底部延伸。如此，满足木材试样的顺纹抗压强度检测的基础。
14.在其中一个实施例中，在记录压缩行程d和施压载荷f后，根据施压面积a和施压载荷f，得出所述木材试样的强度s1＝f/a，同时根据所述木材试样的初始高度h和压缩行程d，得出所述木材试样的工程应变s2＝d/h。根据数据计算能够获得木材试样的抗压强度参数，便于后续工作的开展。
15.在其中一个实施例中，所述木材抗压强度检测方法还包括：将所述木材试样装入温度环境中，并调节所述木材试样所承受的温度，而后对所述木材试样的顶部试压。这样的操作，能够满足木材试样在不同温度环境中的抗压强度检测，从而判断木材适应于何种场合。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供的木材抗压强度检测方法的流程图；
17.图2为本发明实施例提供的用于木材抗压强度检测方法试验的结构示意图；
18.图3为本发明实施例提供的木材抗压强度检测方法中木材试样与限位底座、施压头适配的示意图；
19.图4为本发明实施例提供的木材抗压强度检测方法中木材试样与施压头适配的示意图。
20.附图标记：10-木材试样；11-顺纹；20-施压头；30-限位底座；31-底板；32-侧板；40-挡块；50-锁紧柱；60-热电偶。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发
明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.木材作为一种天然材料，因其具有质轻、多孔、缓冲吸能效果好的特性，可用于减震器填充及包装运输等领域。木材具有显著的各向异性特点，且其顺纹方向(树干生长方向)的力学性能要显著高于横纹方向(树干环向或径向)。由于木材内部纤维组织沿顺纹方向分布，在顺纹方向受到压缩时，如试样侧向处于无约束状态，木材试样容易产生劈裂、折断、倒伏等现象。同时，当木材作为缓冲吸能材料使用时，往往被金属壳体包覆或者利用其他结构捆扎约束，受到压缩时，其横向变形收到约束。
28.综上，为了合理根据木材性能来设计减震器，需要准确测量木材的压缩强度。但是在当前木材顺纹方向抗压强度测试标准中，仅测试木材在溃缩前的最大抗压强度，对于木材变形压缩过程中的强度测试少之又少，且在测试过程中木材试样横向均为自由状态，也与减震器中木材的实际承压状态不符，不适合用于测量减震器木材的顺纹抗压强度。
29.针对上述技术问题，本发明一实施例提供了一种木材抗压强度检测方法，不仅能够满足木材沿顺纹方向在变形压缩过程中的强度检测，而且能够模拟木材在实际使用中的真实承压状态，从而反应出木材的真实顺纹抗压强度。
30.图1为本发明一实施例提供的木材抗压强度检测方法的流程图，如图1所示，本发明一实施例提供的木材抗压强度检测方法包括以下步骤：
31.选取木材试样10，并记录木材试样10的初始高度h；
32.对木材试样10的底部进行限位，并对木材试样10的周侧进行限位；
33.待木材试样10完成限位安装后，对木材试样10的顶部施压，并记录施压过时的压缩行程d、施压载荷f以及施压面积a。
34.具体的，通过对木材试样10的底部限位，以保持木材试样10的底部基准不变，确保木材试样10在顶部施压时不会沿自身轴向朝向施压方向移动，以便充分承接作用于木材试样10的压力。同时，对木材试样10的周侧限位，以确保木材试样10在顶部试压时不会沿自身径向、周向或与自身轴向呈角度的方向膨胀、劈裂，并且充分模拟木材是实际工况中的安装情况。如此，即可满足对木材在实际使用中的真实承压状态模拟，以真实反映木材的抗压性能。同时，对木材试样10的初始高度以及施压时的压缩行程、施压载荷、施压面积的记录，便于后续对木材试样10抗压强度的计算，得到抗压强度数值，并便于绘制曲线图。也就是说，本实施例提供的木材抗压强度检测方法，通过对木材试样10底部和侧部的限位，满足对木材试样10受压时轴向位移限位和径向位移限位。如此，不仅实现对木材实际工况中承压状态的模拟，确保木材试样10能够充分承接所施压的压力以做出最真实的变化，而且确保木材试样10不会轻易产生裂纹、出现劈裂、倒伏等问题，从而提高检测精度。
35.以下按照上述步骤对该木材抗压强度检测方法进行更为详细的说明。
36.在一些实施例中，选定需要用于减震器的木材，然后从该木材中切割出一部分，并对该部分进行切割修补以便作为木材试样10。如此，即可确保木材试样10与原木材之间特性相同，而且正是因为选择了木材试样10而非全部的木材，更便于相对试验机的安装以及实验操作。作为一个优选的实施例中，该木材试样10呈立方体柱体状。这样的设置，便于对木材试样10的周侧和底部限位。当选定木材试样10后，需要记录下木材试样10的初始高度为h。对木材试样10初始高度的记录以便于与后期施压后的变化相对比。
37.在一些实施例中，选定木材试样10后，需要将木材试样10安装在限位底座30中，并且在安装时需要确定木材试样10的安装位姿，使得木材试样10的顺纹11沿木材试样10的高度方向延伸，以满足木材试样10沿顺纹11的抗压强度的检测基础。其中，该限位底座30包括底板31和安装在底板31上的侧板32，侧板32和底板31共同围设呈用于容设木材试样10的安装空间。当木材试样10装入安装空间后，木材试样10的底部置于底板31上，且侧板32环绕木材试样10的一周，侧板32的高度大于木材试样10的高度。
38.因为木材试样10的尺寸不同，为满足多种不同木材试样10的装配，限位底座30的沿木材试样10的长、宽均大于木材试样10的尺寸。如此，当木材试样10装入限位底座30后，木材试样10的侧壁与限位底座30的侧壁之间具有间距，此时需要调节该安装空间的大小，使得限位底座30的侧壁相对木材试样10的侧壁产生压紧力，才可以满足对木材试样10的周侧限位。
39.在一些实施例中，以木材试样10呈立方柱体状为例进行说明，该木材试样10具有垂直且邻接的第一侧壁和第二侧壁，该限位底座30具有垂直且邻接的第一侧板和第二侧板。在进行安装空间大小调节实现侧部限位时，以第一侧壁紧贴在同侧的第一侧板，且第二侧壁紧贴与同侧的第二侧板，也就是以第一侧壁和第二侧壁为基准。如此，与第一侧壁相对
的一侧壁与同侧的侧板32之间以及与第二侧壁相对的一侧壁与同侧的侧板32之间均具有间隙，通过填充这些间隙即可实现木材试样10的侧部限位。
40.在一个具体的实施例中，在上述的间隙中加装挡块40。也就是说，通过在上述间隙中叠加挡块40的方式，以利用多个挡块40塞进间隙。此时，因为限位底座30上侧板32的位置固定，叠加挡块40且直至不能装入新的挡块40为止，即可满足侧部限位。其中，挡块40沿木材试样10高度方向的横截面积大于木材试样10自身沿高度方向的横截面积，以确保木材试样10受力均匀。
41.在其他的一个具体实施例中，在上述的间隙中装入挡块40，并利用锁紧柱50穿过同侧的侧板32以抵接于挡块40，锁紧柱50与侧板32螺纹连接。通过相对侧板32旋入锁紧柱50，以推动挡块40朝向靠近木材试样10的方向移动，直至挡块40压紧在木材试样10的侧壁上，实现侧部限位。其中，锁紧柱50的数量为多个，多个锁紧柱50沿挡块40的周向间隔布置，每个锁紧柱50对应侧板32上一个螺纹孔。当实现多个锁紧柱50的旋入时，可以采用自动锁丝机以提高工作效率。
42.在又一其他具体的实施例中，与第一侧板相对的一侧板32和与第二侧板相对的一侧板32均滑动连接于底板31，且这两个侧板32背离安装空间的一侧安装有驱动件。当木材试样10安装在安装空间内，且相对第一侧板和第二侧板满足定位安装后，启动驱动件以推动对应的侧板32朝向靠近木材试样10的一侧移动，实现侧部限位。其中，每个侧板32均具有独立的驱动件，且驱动件可以为气缸，也可以为电动驱动。驱动件的驱动端连接于侧板32的中部，以确保受力均匀。
43.在一些实施例中，待木材试样10完成底部限位和周侧限位后，选择木材试样10的顶部一部分作为施压部位。也就是说，本实施例中的木材试样10的实际施压部位并不是整个木材试样10，而是局部的一部分。正是因为是局部受压的方式，使得发生形变的也是木材试样10沿自身高度方向的局部部分，并不涉及到全部的木材试样10，从而进一步改善施压过程中木材易倒伏的问题。同时，这样的设置，模拟木材在实际使用中受到局部压缩的真实情形，提高测试准确性。
44.进一步地，施压部位位于木材试样10的中部，且施压部位的轴线与木材试样10的安装轴线重合，安装轴线为木材试样10完成限位安装后的中轴线。具体的，正是因为施压部位在木材试样10的中部，使得施压部分的形变远离木材试样10的侧壁，改善木材试样10侧部容易出现裂纹或劈裂的问题。同时，通过对施压部位的轴线和木材试样10的安装轴线的限定，也就相当于该施压部分的边缘至木材试样10的侧壁的间距相同。如此，当进行木材试样10施压时，确保木材试样10各个侧壁承受到的与施压相关的作用力相同。再进一步地，施压部位的横截面积占木材试样10横截面积的25％-70％。利用数值的限定，模拟木材在实际使用中受到局部压缩的真实情形，提高测试准确性。作为一个优选的实施例，施压部位的横截面积占木材试样10横截面积的25％、55％或70％。其中，这里所说的横截面积指的是垂直于木材试样10轴线方向上的横截面。
45.在一些实施例中，根据上述确定好的施压部位选择对应的施压头20，该施压头20的施压面积与施压部位的横截面积相同，记施压头20的施压面积为a。选定施压头20后，将施压头20放置在木材试样10上与施压部位重合的位置处，并将限位底座30和施压头20相对试验机固定。待完成固定后，启动试验机，以驱动施压头20向下移动压迫木材试样10。作为
一个优选的实施例，试验机工作时施压动作的压缩速率为4mm/min-6mm/min。通过对压缩速率的限定，确保施压头20是以相对缓慢的速度下移压迫木材试样10，不仅确保木材试样10有相适应的受压承受过程，而且有效避免较快速度对木材试样10的冲击。在一个具体的实施例中，试验机工作时的压缩速率为4mm/min、5mm/min或6mm/min。作为一个优选的实施例，试验机工作时的压缩速率为5mm/min。
46.在一些实施例中，待完成施压后，记录下试验机中驱动施压头20移动的压缩行程d，并记录试验机通过施压头20施加的施压载荷f。已知木材试样10的初始高度h和施压面积a，根据公式s1＝f/a，得出木材试样10的强度参数，并根据公式s2＝d/h，得出木材试样10的工程应变参数。在整个施压过程中，木材试样10的初始高度和施压面积是定值，压缩行程和施压载荷是变量，从而根据压缩行程和施压载荷的变化能够绘制出木材试样10在压缩过程中的应力应变曲线，以便人为观察。
47.需要说明的是，用于测试木材抗压强度的试验机是成熟的现有技术，具有自带的力传感器以检测施压载荷，并具有自带的形成传感器以检测压缩行程。当然，压缩行程也可以由刻度尺得出。
48.在一些其他的实施例中，因为木材在实际工作中还存在不同的环境温度，故而还需要对木材在不同温度中的强度进行检测。所以，该木材抗压强度检测方法还包括：将木材试样10装入温度环境中，并调节木材试样10所承受的温度，而后对木材试样10的顶部试压，以满足在温度环境中木材试样10的强度检测。而且正是因为该温度环境的温度是可以调节的，故而可以通过调节温度，以满足木材试样10在不同温度环境中的强度检测，观察温度变化对木材的影响。如此，根据木材针对不同温度环境的变化，可以相适应选择更合适的木材。
49.在实际操作时，先在木材试样10上安装热电偶60，且该热电偶60的另一端与温度检测箱体的控制器连接，以通过热电偶60检测木材试样10的温度并反馈至控制器，经控制器分析处理后有温度检测箱体上的显示屏展现出。而后将装有木材试样10的限位底座30安装在温度检测箱体中，且在限位底座30的底部连接有支撑柱，支撑柱从温度检测箱体的底端伸出以与试验机固定。施压头20放置在木材试样10的施压部位，且施压头20的顶部从温度检测箱体的顶部伸出以与试验机固定。待完成限位底座30和施压头20分别相对试验机的装配后，调节温度检测箱体中的温度至目标温度，并在该温度保温预设时长。待完成保温后，启动试验机开始进行施压。
50.其中，将木材试样10在温度环境中的保温目的在于确保木材试样10各处温度基本均匀，以便真实反映木材试样10在温度环境中的变化。作为一个优选的实施例，保温时长为两个小时。
51.在上述温度环境中，对木材试样10施压后的步骤与上述非温度环境中的相同，故而此处不再赘述。
52.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
53.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。