松木橢圓榫“T”型接合拉伸過程中的聲發射特征研究

利用聲發射檢測和力學試驗相結合的方法，研究松木橢圓榫常用“T”型接合在拉伸過程中的聲發射特征。

聲發射（Acoustic Emission，簡稱AE）可以定義為材料內部迅速釋放能量而產生瞬態彈性波的一種物理現象。聲發射信號包含了被檢測物體的豐富又重要的信息。所以，通過對這些信號的處理和分析來檢測材料內部聲發射源的狀態，可以從微觀角度來評估材料損傷、缺陷等內部特征，從而確定材料和結構的整體狀態和性能，實現對檢測對象的實時動態的無損評價。

由于聲發射檢測技術有其他檢測方法無法比擬的優勢，己經被應用到木材科學領域，如： 木材切削過程中的聲發射（曹平樣，1995；Cyra et al.，2000）、木材在拉伸過程中的聲發射情況（Racqkowski et al.，1999； Aicher et al.，2001）、木材干燥的聲發射過程（謝力生，2001）、木材的蠕變破壞（Beall，2002）、木材損傷斷裂過程中的聲發射（Reiterer et al.，2000；王堅偉，2008；邵卓平等，2009）、動態載荷下基于聲發射技術的楊木破壞過程檢測，（孫建平，2006）利用聲發射檢測和力學試驗相結合的方法，研究山楊木材在動態載荷下的聲發射演變過程。木材縱橫向切削過程中的聲發射特性，（高峰，2009）研究了木材縱橫向切削過程中的聲發射特性。本論文就是采用聲發射技術的方法對橢圓榫“T”型接合在拉伸破壞中的破壞，進行特征分析。

試驗材料與方法

實驗基材采用松木，平均氣干密度為0.419g∕cm3，平均含水率為13.1﹪。選擇無缺陷材料。膠黏劑選用白乳膠。榫頭試件的基本尺寸為20mm×40mm×150mm（厚×寬×長），榫眼試件的基本尺寸為20mm×50mm×180mm（厚×寬×長）。試件個數為6組。

將加工完成的零件組合成端部對邊部的T型構件進行考察。考慮到實際情況，榫頭厚度和榫眼寬度相等；榫頭寬與榫眼長度的配合為過盈配合，其配合量為-0.6mm，即榫眼長寬25mm，榫頭寬為25.6mm；榫頭長度與榫眼深度配合為間隙配合，其配合量為+2mm，即榫眼深度為25mm，榫頭長度為10mm。

1.試驗過程

加工好的榫頭和榫眼試件分別涂膠進行裝配。涂膠只在榫頭和榫眼的接觸面，涂膠量為150～200g/m2。裝配后擠出多余膠液，陳放7天后在島津萬能力學試驗機上進行拉伸測試。

采用島津萬能力學試驗機AG-IC 100KN進行拉伸實驗。設置試驗機的拉伸速度為5mm/min，試驗機開始加載的同時，記錄榫卯拉伸過程的聲發射信號。

實驗結果與分析

由圖2-1振鈴計數-時間曲線可知，在較低載荷的時候，榫卯結構內部無損傷，因此無 AE 信號產生。隨著載荷增大，榫眼試件產生嚴重的破壞，試件內部發生一些變化，如：木材纖維的高分子鏈被拉伸，即產生少量的 AE 信號。隨著載荷進一步增大，高分子主鏈被拉伸，更多的高分子側鏈被拉開，AE 發生率增高，圖中可見 AE 事件密集在彈性極限點附近，且在彈性極限點 AE 信號的振鈴計數達到高峰。增加載荷，榫眼試件產生嚴重的破壞，此區域中木纖維分子的主鏈不斷被拉伸，分子主鏈間由于范德瓦斯力及氫鍵力的減弱，產生了分子主鏈間的滑移，因而從彈性極限點到破壞點有持續的 AE信號產生。振鈴計數達到最大值。

RMS是衡量AE信號能量的標準。由2-2圖RMS-時間曲線可知，拉伸過程中能量過程可以分為三個階段。第一階段，載荷沒有顯著上升，RMS值集中在18dB附近。第二階段，載荷發生變化，逐漸增大，由圖可以看出，載荷產生一個拐點，而在此點附近，RMS也逐漸增大，而最大值也在彈性極限附近，這些變化都以應變能的形式向外釋放，并以較高幅值的應力波在材料中傳播，因此，此時AE信號的能量最大，在此產生峰值。第三階段，接合完全破壞后，載荷突然下降，此時的RMS又回到之前的20dB值附近。

結 論

以上就是，“T”型榫接合在拉伸過程中的AE信號的規律。

⑴隨著時間與載荷的變化，榫接合慢慢被破壞，慢慢產生AE信號，最后，在榫接合的載荷最大值附近，AE信號的振鈴計數以及RMS值達到最大。

⑵聲發射信號的能量是不連續的、跳躍的，在榫接合斷裂前的聲發射信號的能量比斷裂后要小。

（作者單位：南京林業大學）