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1、常见紫衫/红豆杉和挪威云杉的三维弹性性能Daniel Keunecke.Stefan Hering.Peter Niemz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材上做
2、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条件：它十分的柔韧
3、/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/m3），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，我们用超声波确定紫衫额云杉的杨氏模量和剪切模量。
4、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弹性常数（也称为弹性常数）。因此，除了杨
5、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
6、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
7、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是否适合用来确定木材的杨氏模量和泊松比材料和方法原/生材料试样最引人注意的地方/主要特点（图1a）是从五个紫衫和五个云杉的树干（在胸高处）上切下来的，它们都是在靠近苏黎世和瑞士的林场中生
8、长的。这些样品/试样都是取自外部的心材区域/心材的外部区域，在这些区域其解剖结构近似/大致是正交各向异性的。忽略/除去那些应压木试样/样品。每个树种的45个试样的方向/面向/朝向如下：15个纵向（L），15个径向（R），15个切向（T）试样组成/成分和形状只有厚度为60-70mm的板才能用于制作试样/样品；因此，板在径向和切向上的长度是有限制的（或我们要限制板的径向和切向长度）。由于我们希望制作出/生产出狗骨形状的试样，因为在拉伸试验中我们会优先选用它，所以我们必须要按比例增加，以确保/保证在试样的狭窄部分/窄部有/存在一个合理的最小年轮数。由早材和晚材区域引起的不均匀性的影响可以通过这种方式减少。因此，通过在试样的端部胶粘边长为20mm的立方体来延伸/扩展试样（如图1a所示）。我们所使用的是一种双组分环氧粘合剂（Araldite）。立方体与试样都是来自同一个树种的木材，而且两者的方向都是主方向。将小山毛榉板胶粘在试样末端作为横向/侧面加固/增强/加强和通过再次使用Araldite粘合剂来增大/扩大载荷传播面积/区域（如图1b）。通过刨槽机和轮廓模板获得/得到四边（形）的狗骨形状试样。因此，试样有垂直和水平的对称轴。试样狭窄部分的横截面积为14mmX14mm。
