[发明专利]一种木材形变微观结构特征实时测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木材及木质复合材料压缩或拉伸等力学强度性能与形变微观结构特征实时测量方法。 

背景技术

木材及木质复合材料在生产加工和使用过程中，不可避免的会遇到压缩或拉伸等力学行为，对于材料的力学性能检测是保证后续产品质量及其合理使用的关键，但该力学行为对材料或产品的性能及微观结构影响以及微观结构特征对材料整体性能的影响情况均尚不清晰。 

对于目前的检测手段，主要以单一的宏观力学性能检测为主。这种检测手段具有诸多缺陷和缺点： 

1、仅以宏观力学行为来判断木质材料的性能，是对材料本身性能掌握的不足； 

2、仅能了解材料力学行为的结果，而不知形成该力学行为的原因； 

3、检测过程不能将被测材料的温度、含水率等影响因素加以考虑； 

4、检测过程得到的应变是材料整体的平均应变，体现不出材料不同组织结构的应变情况；不能反应木材各部分结构与整体应力、应变之间的关系； 

5、对于木材这种具有各项异性的不均质材料，得到的应变结果单一，不能真实反映木材各组织结构的应力应变结果； 

6、检测结束后，不能及时得到被测材料的回弹情况，不能分析被测材料的残余应力。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种木材形变微观结构特征实时测量 方法，能够在线实时测量材料变形的微观结构特征和力学性能。 

为了解决上述问题，本发明提供了一种木材形变微观结构特征实时测量方法，包括如下步骤： 

1)对被测材料进行加载； 

2)在加载过程中通过显微单元放大待测区域； 

3)通过图像采集单元采集图像信息后，通过图像处理单元计算出在每个图像采集时刻加载表面每个细胞的X轴长度X₀～X_n、Y轴长度Y₀～Y_n，作为加载过程中被测材料的形变情况数据； 

4)根据每个细胞变形前的X轴长度X₀和Y轴长度Y₀、及细胞变形后的X轴长度X_n和Y轴长度Y_n计算单个细胞在X轴和Y轴的压或拉应变ε_xn和ε_yn，ε_xn＝(X_n-X₀)/X_n，ε_yn＝(Y_n-Y₀)/Y_n，(n＝1，2，3......N)； 

5)将通过显微单元放大的待测区域内所有单个细胞在X轴和Y轴的压或拉应变ε_xn和ε_yn，取平均值得到ε_x和ε_y，代表被测材料在X轴和Y轴上整体的压或拉应变， 

优选地，在所述图像处理单元计算中，还包括如下步骤： 

3.1)计算出在每个图像采集时刻加载表面各类实体细胞胞壁的组织比量A_i(i＝0，1，2，...，I)，作为加载过程中被测材料的形变情况数据； 

4.1)根据细胞变形前的组织比量A₀和变形后的组织比量A_i计算被测材料的整体应变ε_A，ε_A＝(A_i-A₀)/A_i。 

优选地，在拉伸或压缩等力学行为结束后，还包括如下步骤： 

5)通过所述图像采集单元连续拍摄被测材料至该被测材料变形回弹完全停止状态； 

6)所述图像处理单元计算被测材料受压或受拉后任何一个时刻的整体厚度或长度L_k，从而计算回弹量R和回弹率R_r，R＝L_k-L₀，R_r(％)＝(L_k-L₀)×100/L₀；其中，k＝0，1，2，...，K，“0”代表测试刚结束的时刻。 

优选地，在所述测量过程将被测材料的温度控制在一定的范围。 

优选地，在所述测量过程将被测材料的含水率控制在一定的范围。 

优选地，所述加载包括：拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切。