典型生物質(zhì)復(fù)合材料性能與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及可靠性分析.pdf

1、本文以刨花板中的木質(zhì)刨花板、定向刨花板及稻草刨花板，以工程木質(zhì)材料中的木質(zhì)層板、集成材、工字梁及點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材為研究對象，在材料性能與結(jié)構(gòu)兩方面對刨花板及工程木質(zhì)復(fù)合材料進行了優(yōu)化設(shè)計，即利用椰纖維對稻草刨花板的性能進行了優(yōu)化改善、利用點陣夾芯結(jié)構(gòu)對工程木質(zhì)梁的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，并結(jié)合相關(guān)的性能表征方法對改進的材料與結(jié)構(gòu)進行了性能評價，同時利用可靠性分析方法中的改進一次二階矩法(AFOSM)與蒙特卡洛法(Monte-Carlo)對以上

2、幾種典型生物質(zhì)復(fù)合材料在不同使用工況下的安全可靠性進行了分析，以指導(dǎo)生物質(zhì)復(fù)合材料在工程結(jié)構(gòu)中的正確安全使用。
　　本文首先對自制的稻草刨花與木質(zhì)刨花進行了制板工藝的探索，通過正交試驗確定出了最佳的工藝參數(shù)，如稻草刨花堿處理工藝的參數(shù)、刨花板的制備工藝參數(shù)（如熱壓溫度、熱壓時間、施膠量），為后續(xù)的材料設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
　　本文利用椰纖維來改善稻草刨花板的膠接強度與尺寸穩(wěn)定性，考察了稻草與椰纖維的質(zhì)量比（草椰比）、板坯的結(jié)構(gòu)形

3、式（混雜與分層）、MDI的有無施加對稻草-椰纖維復(fù)合刨花板材料（草椰復(fù)合刨花板）性能的影響。最后得出最佳的草椰比為6/4;當(dāng)利用最佳草椰比制備無MDI的草椰復(fù)合刨花板時，板材也具有優(yōu)異的性能，能夠滿足在干燥狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)用板的要求;得出混雜組坯是最好的結(jié)構(gòu)形式，可充分發(fā)揮稻草與椰纖維之間的混雜效應(yīng);同時發(fā)現(xiàn)草椰比與結(jié)構(gòu)形式對草椰復(fù)合刨花板的沖擊韌性與振動阻尼比都有不同程度的影響;建議草椰復(fù)合刨花板可以采用漸變結(jié)構(gòu)，即將較多的椰纖維鋪裝

4、在板坯的外側(cè)，以便充分發(fā)揮椰纖維的韌性與減振性能。為指導(dǎo)草椰復(fù)合刨花板的設(shè)計與實際工廠生產(chǎn)，使用無損檢測方法、混合定律理論方法、線性回歸方法及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對草椰復(fù)合刨花板的性能進行了預(yù)測研究，發(fā)現(xiàn)各種方法的預(yù)測精度都較好，但無損檢測方法是其中最為方便快捷的，可實時用于材料的在線檢測。
　　本文對草椰復(fù)合刨花板、木質(zhì)刨花板及定向刨花板在三種不同使用工況下的可靠性進行了分析，首先探討了三種刨花板物理力學(xué)性能的統(tǒng)計特征，發(fā)現(xiàn)其各性

5、能基本都符合正態(tài)分布，密度與各性能具有較為密切的相關(guān)關(guān)系，刨花板性能的離散主要來源于施膠與鋪裝的不均勻，這兩個不均勻?qū)е旅芏鹊牟▌樱M一步導(dǎo)致各力學(xué)性能的波動。同時在設(shè)定的三種不同工況下對刨花板進行了可靠性分析，發(fā)現(xiàn)刨花板能夠滿足承載強度極限狀態(tài)下的可靠性要求，但是草椰復(fù)合刨花板與木質(zhì)刨花板容易發(fā)生較大的彎曲變形，而超出設(shè)定的最大容許撓度。利用無損檢測方法得出的動態(tài)彈性模量，對靜態(tài)力學(xué)性能進行了預(yù)測，使用預(yù)測值進行了刨花板材料的可靠性分

6、析，發(fā)現(xiàn)使用預(yù)測值計算得到的失效概率比實際失效概率要小，可靠性評價偏于安全，所以在實際使用中，要適當(dāng)放大基于無損檢測預(yù)測值得到的失效概率，以保障準確的對材料或構(gòu)件進行安全評估。
　　本文又對以集成材與工字梁為代表的工程木質(zhì)復(fù)合材料進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，制備了兩種點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材，對比分析了集成材、工字梁與點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材的性能，發(fā)現(xiàn)點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材在自重、比強度、比模量、阻尼性能與韌性等方面具有非常優(yōu)越的性能。同時，在設(shè)定的三種不同工況下

7、對五種工程木質(zhì)材料進行了可靠性分析，發(fā)現(xiàn)具有較小厚度的木質(zhì)層板不宜作為木梁使用;集成材、工字梁及點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材在適當(dāng)載荷的工況下能夠滿足承載強度極限狀態(tài)下的可靠性要求，但由于點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材的剛度小且韌性大，其在較大載荷作用下容易發(fā)生較大的彎曲變形，但在結(jié)構(gòu)斷裂前的大變形也提醒人們此結(jié)構(gòu)的危險程度，給人提供較多的逃生時間。
　　最后，建議在使用刨花板（包括稻草刨花板、木質(zhì)刨花板及定向刨花板）、集成材、工字梁或點陣結(jié)構(gòu)復(fù)合材等工程用生