典型生物質復合材料性能與結構的優(yōu)化及可靠性分析.pdf

1、本文以刨花板中的木質刨花板、定向刨花板及稻草刨花板，以工程木質材料中的木質層板、集成材、工字梁及點陣結構復合材為研究對象，在材料性能與結構兩方面對刨花板及工程木質復合材料進行了優(yōu)化設計，即利用椰纖維對稻草刨花板的性能進行了優(yōu)化改善、利用點陣夾芯結構對工程木質梁的結構進行了優(yōu)化設計，并結合相關的性能表征方法對改進的材料與結構進行了性能評價，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、幾種典型生物質復合材料在不同使用工況下的安全可靠性進行了分析，以指導生物質復合材料在工程結構中的正確安全使用。
　　本文首先對自制的稻草刨花與木質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)的材料設計奠定了基礎。
　　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量比（草椰比）、板坯的結構形

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

4、在板坯的外側，以便充分發(fā)揮椰纖維的韌性與減振性能。為指導草椰復合刨花板的設計與實際工廠生產(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)絡方法，對草椰復合刨花板的性能進行了預測研究，發(fā)現(xiàn)各種方法的預測精度都較好，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。
　　本文對草椰復合刨花板、木質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關系，刨花板性能的離散主要來源于施膠與鋪裝的不均勻，這兩個不均勻導致密度的波動，進一步導致各力學性能的波動。同時在設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，但是草椰復合刨花板與木質刨花板容易發(fā)生較大的彎曲變形，而超出設定的最大容許撓度。利用無損檢測方法得出的動態(tài)彈性模量，對靜態(tài)力學性能進行了預測，使用預測值進行了刨花板材料的可靠性分

6、析，發(fā)現(xiàn)使用預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，要適當放大基于無損檢測預測值得到的失效概率，以保障準確的對材料或構件進行安全評估。
　　本文又對以集成材與工字梁為代表的工程木質復合材料進行了結構優(yōu)化設計，制備了兩種點陣結構復合材，對比分析了集成材、工字梁與點陣結構復合材的性能，發(fā)現(xiàn)點陣結構復合材在自重、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，在設定的三種不同工況下

7、對五種工程木質材料進行了可靠性分析，發(fā)現(xiàn)具有較小厚度的木質層板不宜作為木梁使用;集成材、工字梁及點陣結構復合材在適當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，但由于點陣結構復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，但在結構斷裂前的大變形也提醒人們此結構的危險程度，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、木質刨花板及定向刨花板）、集成材、工字梁或點陣結構復合材等工程用生