基于压电晶片的木材弹性模量测试

作     者：王晓羽 徐兆军 骆立 周康 那斌 WANG Xiaoyu;XU Zhaojun;LUO Li;ZHOU Kang;NA Bin

作者机构：南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 

出 版 物：《林业工程学报》 (Journal of Forestry Engineering)

年 卷 期：2022年第7卷第6期

页      面：74-79页

学科分类：082902[工学-木材科学与技术] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFD0600703) 

主　　题：压电晶片 弹性模量 压电晶片激振法 响应信号 激励信号 

摘      要：木材弹性模量是表征其力学性能的重要指标之一,应力波因其操作简便、成本低、测量结果准确等特点广泛应用于木材弹性模量的测量。目前,应力波技术测量木材弹性模量主要通过应力锤激励法实现,事实上应力锤激励法在测量木材弹性模量时无法实时分析测试试件的振动状态,且敲击易造成应力集中,不适用于厚度较小且材质较轻的木材试件。基于此,依据振动理论并结合压电材料的压电效应,从激振源和信号处理方式两个方面,构建了一种基于压电晶片激振测量木材横向弯曲弹性模量的方法。通过比较不同激励频率下激振与响应信号的幅值,获取木材试件的固有频率,根据梁的横向振动方程计算出弹性模量,并对比应力锤共振法测量结果验证该方法的可行性。两种方法测量结果的相对误差在2.5%以内,平均误差仅为1.54%。实测数据表明,基于压电晶片激振法可以有效地测得木材的弹性模量,且该方法测量时使用压电晶片激振产生的振幅较小,更加满足弹性力学微小变形的假设。后期的信号处理方面克服了应力锤法不能有效处理一些突变和不平稳信号的不足,使得检测方式更加灵活,重复性较好。