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。

为了详细研究木材载荷-变形曲线弹性区域的压电现象，我们对该区域进行了多次压缩-振动复合应力试验（以下简称压缩试验）。使用丝柏(Chamaecyparis obtuse Endl.)作为试验材料，将纤维方向相对于试样的长度方向设定为0°、45°、30°、45°和60°。结果，应力（σ）-变形（D）曲线在加载和卸载过程中都遵循几乎相同的历史，尽管曲线形状在两种情况下都呈现出向下凸的曲线，但之后几乎呈线性增加的趋势观察到。另一方面，压电输出（P）-变形（D）曲线与之前的σ-D曲线一样，在加载和卸载期间遵循几乎相同的轨迹，并且显示出峰值或极值。换句话说，压电输出在弹性区域内的行为被认为是弹性现象。在这里，我们研究了压电行为与每个纤维倾斜角度下 σ-D 曲线的微分值之间的关系。当两者在每个纤维倾斜角度绘制时，观察到它们之间具有相对良好的线性关系。换句话说，如果我们考虑到压电输出是反映木材中结晶部分（天然纤维素晶体）行为的结果，则出现在 σ-D 曲线开头的下凸曲线区域为由于这是非线性弹性，这表明木材作为一个整体也呈现出非线性弹性。此外，当我们研究P-D曲线中峰值或极值处的应力值与纤维倾角之间的关系时，我们发现它随着纤维倾角的增大而减小。这种趋势与从胡克方程得到的杨氏模量，或者从汉金森方程得到的抗压强度和纤维倾角之间的关系非常相似。