载荷-挠度曲线上直线段斜率计算对人造板弹性模量影响

李俊鹏 袁勇威 张帆

河南省产品质量监督检验院（450000）

载荷-挠度曲线上直线段斜率计算对人造板弹性模量影响

李俊鹏 袁勇威 张帆

河南省产品质量监督检验院（450000）

主要探讨了载荷-挠度曲线上直线段斜率计算对人造板弹性模量结果的影响，直线段斜率的计算与选取的F2-F1有关，一般F1值约为最大载荷的10%，F2值约为最大载荷的40%，而a2-a1挠度值也与选取的F2-F1密切相关，而F2-F1和a2-a1比值就是直线段的斜率，根据人造板弹性模量公式可知，F2和F1的选取很大程度上影响了弹性模量的结果。

弹性模量；载荷-挠度曲线；弹性变形；人造板；万能力学试验机

弹性模量是人造板的一项重要参数，人造板的弹性模量越大其抵抗弹性变形的能力越强，即在相同应力下弹性模量越大的人造板其变形量越小。这个数值从一定程度上反映出了人造板质量的好坏。一般而言，弹性模量大的人造板要比弹性模量小的人造板更加结实耐用，弹性模量越大其承载能力也越强。因此，弹性模量是作为衡量人造板质量的一个重要参数。人造板弹性模量的测量一般在实验室用万能力学试验机进行，万能力学试验机能够在计算机上方便快捷的读出人造板的弹性模量。但是，万能力学试验机读出的弹性模量的数值和载荷-挠度曲线上直线段斜率有关，即和F1和F2选取的值有关。如果F1和F2的选取值不合适就会造成弹性模量的值偏大或者偏小而造成试验误差。

1 弹性模量测试原理[1]

其中：Eb——试件的弹性模量，单位为兆帕（MPa）；l1——两支座间距离，单位为毫米（mm）；b——试件宽度，单位为毫米（mm）；t——试件厚度，单位为毫米（mm）；F2-F1——在载荷-挠度曲线中直线段内载荷的增加量（F1值约为最大载荷的10%，F2值约为最大载荷的40%）；a2-a1——试件中部变形的增加量，即在力F2-F1区间试件变形量，单位为毫米（mm）。

图1 弹性变形范围内的载荷-挠度曲线

2 F1与F2取值对万能力学试验机弹性模量结果的影响

本次试验的人造板为刨花板,根据标准要求，试样宽度50 mm，厚度为刨花板的实际厚度，经过测量为14.60 mm，跨距为300 mm。万能力学试验机为日本岛津AGS-J10kN型，力值范围0～20 kN。所有试验设备符合标准要求。

图2 弹性模量试验时载荷-挠度曲线图

图2为万能力学试验机进行人造板弹性模量试验时的载荷-挠度曲线图，从图中可以看出，载荷-挠度曲线大概有三个部分构成,第一部分为波浪线，第二部分直线是弹性变形阶段，第三部分为断裂阶段。从图中可以看出，0～40 N时为第一阶段，40～384 N时为第二阶段，384 N以后属于第三阶段。从图中可以看出最大载荷力值约为384 N，根据F1值约为最大值的10%，F2值约为最大值的40%，F1和F2分别取40 N和150 N。

从图3中可以看出，当F1和F2取40 N和150 N时，最大载荷为384 N时的弹性模量值为4 801 MPa。从图4中可以看出,当F1和F2取25 N和150 N时，最大载荷为384 N时的弹性模量值为4 783 MPa。两者弹性模量相差了18 MPa。

图3 F1和F2取40 N和150 N时弹性模量值

图4 F1和F2取25 N和150 N时弹性模量值

3 结果分析

万能力学试验机在做人造板弹性模量时，一般都是把F1值和F2值按最大力值的10%和40%来设定。F1和F2设定好之后不会再有所变化，但是在做弹性模量试验时，每个试样的最大值都不一样，甚至差别很大，这就会出现F1和F2并不是最大值的10%和40%的情况。由于计算机软件的设计，F1和F2往往需要提前设定，而最大力值往往不能确定。这样F1和F2的设置不当就造成了斜率计算的误差，进而造成弹性模量值的变化。

根据公式（1），当F1和F2刚好在载荷-挠度曲线直线段上时，l1、b、t不变，F1和F2取值范围就影响了直线段的斜率，这就造成了Eb值的变化。

从图2可以看出,当F1和F2取40 N和150 N时，直线斜率为蓝线，当F1和F2取25 N和150 N时，直线的斜率为红线，红线的斜率比蓝线小，这就造成了弹性模量小了18 MPa。

相反，如果人造板弹性模量测试过程中，由于F1-F2的取值造成蓝线比红线低，这就会出现弹性模量偏大。因此，在计算机进行人造板试验时，必须进行数据再分析，数据再分析可以在保持力值不变的情况下，根据最大载荷力值，把F1和F2值尽量控制在最大力值10%和40%，这样才会使结果更加准确。因此，数据再分析对于计算人造板弹性模量非常重要，可以有效地降低人造板弹性模量结果的误差。

4 结论

1）F1和F2取值对人造板弹性模量测试结果有影响，这主要是由于F1和F2取值对直线段斜率计算造成了影响，结果可能偏大或者偏小。如果刚好取值合适，不影响人造板弹性模量的结果。

2）进行结果再分析，调整F1和F2的取值范围，可以使弹性模量测量值更加准确。

[1]GB/T 17657—2013,人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S].中国国家标准化管理委员会、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布,2013(11)：12.