各種応力下における木材の変形挙動と圧電現象

木材在各种应力​​和压电现象下的变形行为

• 批准号: 12760118
• 负责人: 中井 毅尚
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Shimane University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12760118/
• 关键词: 圧電現象; 圧電気出力; 繰り返し試験; 圧縮-振動複合応力; 天然セルロース結晶; 非線形弾性; ヤング率; 圧縮強さ; 履歴; 弾性現象; ハニカム構造体; セル壁; 半剛接構造解析

木材の荷重-変形曲線の弾性領域における圧電現象を詳しく調べるために、この領域における繰り返し圧縮-振動複合応力試験(以下、圧縮試験と呼ぶ)を行った。供試材料にはヒノキ(Chamaecyparis obtuse Endl.)を用い、木取りは、繊維方向が試験体の長さ方向に対して0゜、45゜、30゜、45゜、60゜とした。その結果、応力(σ)-変形(D)曲線は、負荷時、除荷時いずれの場合も、ほぼ同じ履歴をたどり、曲線形状はいずれの場合も、立ち上がりで下に凸な曲線を示すものの、それ以降はほぼ直線的に増加する傾向が認められた。一方、圧電気出力(P)-変形(D)曲線は、先のσ-D曲線同様、負荷時と除荷時いずれの場合もほぼ同じ軌道を通り、それぞれピーク値または、極値を有する曲線を示した。すなわち、弾性領域内での圧電気出力の挙動は、弾性現象であると考えられた。ここで、各繊維傾斜角での圧電気挙動とσ-D曲線の微分値との関係について調べた。各々の繊維傾斜角度において両者をプロットするとそれらの間には比較的良い直線関係が認められた。すなわち、圧電気出力が木材中の結晶部分(天然セルロース結晶)の挙動を反映した結果であることを考慮に入れると、σ-D曲線の初期に現われる下に凸な曲線領域は、結晶領域そのものが非線形弾性であるため、木材全体としても同じく非線形弾性として現われたことを示唆している。また、P-D曲線におけるピーク値、あるいは極値における応力値と線維傾斜角との関係を調べたところ、線維傾斜角が増大するにつれて減少することが分かった。この傾向はHookeの関係式からえられたヤング率、あるいはHankinsonの式からえられた圧縮強さと線維傾斜角度との関係と非常に類似していた。

为了研究木材负荷构成曲线弹性区域中的压电现象，在该区域进行了反复的压缩振动复合应力测试（以下称为压缩测试）。将柏树（Chamaecyparis钝端。结果，应力（σ） - 变形（d）曲线在载荷和卸载中大致相同的历史轨迹，尽管在两种情况下，曲线形状在上升边缘都显示出向下的凸曲线，但在此之后，几乎线性地增加了几乎线性的趋势。另一方面，像上面的σ-D曲线一样，压电输出（p） - 变形（d）曲线在负载和卸载条件下都通过了几乎相同的轨迹，并显示曲线具有峰值或极值。也就是说，弹性区域内的压电输出的行为被认为是一种弹性现象。在这里，我们研究了每个纤维倾斜角度的压电行为与σ-D曲线的差异值之间的关系。当两个纤维倾斜角绘制两者时，它们之间观察到了相对良好的线性关系。也就是说，考虑到压电输出是反映木材中晶体部分（天然纤维素晶体）的行为的结果，它表明，在σ-D曲线早期出现的基础凸曲线区域被指出，晶体区域本身就是非线性弹性，因此在整个木材中出现非线性弹性。此外，当我们研究p-d曲线上的峰值之间的关系与极值时的应力值与纤维倾斜角之间的关系之间的关系时，发现纤维倾斜角会随着纤维倾斜的增加而降低。这种趋势与从胡克（Hooke）的关系获得的年轻模量或从汉金森方程获得的纤维倾斜角度之间的关系非常相似。