【摘要】木材力学性能的重要衡量标准之一是弹性模量，其高低与其他力学参数间关系密切。目前，无损检测被广泛用于材料性能检测，是以不牺牲被检对象性能为前提所开展的优先检测手段，在揭示物理、化学现象方面具有重要作用。以无损检测开展对于木材弹性模量的评价无论在检测结果科学性、成本经济性还是保障生产效率等方面均具有一定价值。

 

　　【关键词】木材力学检测；弹性模量；无损检测；研究现状

 

　　自20世纪60年代，木材无损检测逐步兴起，成为一种典型的综合性非破坏性检测手段。如今，许多国家已对于木材无损检测技术较为重视，充分运用X射线、超声波等完成检测工作。木材的弹性模量是用于衡量其刚度的重要力学性能指标。与传统静态弯曲法相比，无损检测测量周期短、过程简捷，在避免对木材造成破坏的前提下能够实现连续生产，故被行业广泛关注。

 

　　一、木材无损检测简述

 

　　无损检测即非破坏性检测，为通过物理学、化学手段，在不破坏物体外观结构、本身特性的前提下所展开的，相关特性试验、检测（如光学、力学、流体性质等）。其中，以测量物体缺陷，评价其完整性、可靠性及连续性等为主要目标。无损检测因可实现在短时间内的连续性、无破坏性检测，具有工作效率高、操作便捷、检测数据科学准确、无破坏性等显著优点，而在实际生产线上应用较多。操作人员可实时根据检测反馈结果进行工艺参数调整，以改善生产率与产品质量。

 

　　木材为典型的天然生物材料，因种类的不同会存在显著的构造与性质差异，具有物理力学各向异性、形状及变异性迥异特点，给实际生产中的无损检测过程增加了一定难度。通常，木材力学性质是实际生产较为关心的重要指标之一，不仅与其构造有关，而且受到其缺陷、密度、含水量、大气潮湿度及温度等多种方面影响。截至目前，木材无损检测发展已长达半个世纪有余，无论在含水率、品质评价，还是力学检验、缺陷评估等方面，都已形成了多样的检测手段，在诸多方面有所应用。

 

　　二、木材弹性模量无损检测方法

 

　　1、声速木材弹性模量检测法

 

　　此种方法主要应用超声波、应力波开展无损检测，借助于超声波、应力波声速同木材弹性模量之间关系：E=ρc2（E，弹性模量；ρ，木材密度；c纵波声速）完成计算。在测试时，在试件一端安装发射换能器，所发射的脉冲波于试件中传播并在另一端被接受、检测，以借助于传播时间、传感器间距离确定传播速度。在安装传感器过程中，沿试件长度方向钉入两端传感器，保证指针方向同木材长度方向夹角≥45°。关于声波木材弹性模量检测法，国内外已有报道。段新芳等人在对塔尔寺大金瓦殿木构件弹性模量测试时，借助于Fakopp应力波测试仪收集应力或冲击所导致的木构件震动，并证实木构件弹性模量保持力同其自身承重能力密切相关。FranciscoArriaga等人以同样方法检测古建筑横梁弹性模量，检测过程操作便捷，对于横梁无损伤，与过去以木材密度进行弹性模量预测的方法相比更为实用。

 

　　2、机械应力分等弹性模量检测法

 

　　此种方法的开展借助于机械应力测试设备进行连续弯曲非破坏性检测，由弹性模量测定值确定试件强度等级。目前所生产的代表性检测设备测试过程为，试件在设备内部连续通过，并在内部自上、下方向形成一定弯曲，同时输出变性力并以此计算出对应的弹性模量。此方法为目前国内外广泛采用的、快速无损检测法，以美国Metriguard公司Model系列产品最具代表，其7200HCLT可以在914m/min高速下进行应力分等。

 

　　3、光谱技术木材弹性模量检测法

 

　　利用光谱技术开展木材弹性模量的检测在我国已有报道和应用，赵荣军等人借助于近红外光谱技术快速预测粗皮桉木材弹性模量，综合对应近红外光谱波段、数学建模等手段，检测结果显示，粗皮桉木材弹性模量同近红外光谱相关性较强。因此可以说，对于粗皮桉无瑕小试件利用近红外光谱分析开展弹性模量研究十分简便、可行。

 

　　4、振动式木材弹性模量检测法

 

　　此种方法将木材的弹性模量同共振频率间关系作为检测原理，在振动过程中检测共振频率并进一步获得弹性模量。相关测试证明，以此方法所检测到的动态、静态弹性模量与其抗弯强度呈现正相关性。张厚江等人借助于由加速度计、脉冲锤、计算机等构建而成的测试系统，在对于以振动法进行木材弹性模量相关理论研究的过程中得出，以横向振动进行木材试件固有频率值的测试，进而得到弹性模量较为有效。刘振波等人以打击音快速傅里叶变换振动法开展实木试件动态模量测试，同时对于动态、静态弹性模量间的相关性进行研究，并对于借助于动态弹性模量进行静态弹性模量推测的可行性进行评估。结果显示，打击音快速傅里叶变换振动法十分有助于实木试件弹性模量的评估，能够为实时性木材强度检测提供必要的技术支持。

 

　　三、总结

 

　　木材弹性模量是衡量力学性能的重要指标，如何高效、科学的实现无损检测对于指导研究、生产具有重要意义。无损检测能够在降低木材破坏程度的基础上，提升检测结果精准度、降低成本、改善工作效率，因此值得深入研究与推广应用。在本文中，笔者从木材无损检测简述，以及木材弹性模量无损检测方法进行阐述，主要针对第二点介绍了声速木材弹性模量检测法、机械应力分等弹性模量检测法、光谱技术木材弹性模量检测法、振动式木材弹性模量检测法，以期对于指导木材力学检测工作提供一定借鉴。

 

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