[发明专利]基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法

权利要求书

1.一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，其特征在于，包括：基于木材顺纹抗压强度预测木材顺纹抗剪强度方法和基于木材横纹抗压强度预测木材横纹抗剪强度方法；

所述基于木材顺纹抗压强度预测木材顺纹抗剪强度方法，步骤如下：

将SunChen模型中原屈服函数简化为LR平面状态下的屈服函数f(σ_ij)，方程如下：

其中，σ₁₁为木材顺纹状态下的L轴方向的正应力，σ₂₂为木材顺纹状态下的R轴方向的正应力，σ₂₂由试验获取，σ₁₂为木材顺纹状态下的LR平面上的剪切应力；a₁₁是与σ₁₁相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，a₂₂是与σ₂₂相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，a₁₂是与σ₁₁和σ₂₂均相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，其反应σ₁₁与σ₂₂屈服时的相互关系，a₆₆是与σ₁₂相关的木材顺纹状态下的塑性特征参数，系数k是与木材顺纹状态下的性能相关的物理量，该参数由木材顺纹状态下的单轴受力试验确定；

根据(a)木材塑性体积不可压缩假设；(b)木材在顺纹状态下受压时，纤维方向会表现出明显的塑性变形；(c)木材在顺纹状态下受压时，假定R轴和T轴方向的力学性质相同，由此得到：

a₁₁＝-2a₁₂；a₁₂＝a₁₃ (2)

将公式(2)代入公式(1)，又不失一般性的令a₁₁＝1.0，得到：

式中系数k₁＝k/a₁₁，上述简化方式不会改变木材顺纹状态下的屈服面的形状；

SunChen模型中木材顺纹状态下的有效应力和有效塑性应变如下所示：

其中，σ_x，分别为木材顺纹状态下的受压试验中沿加载方向的试验应力和试验塑性应变，和分别为木材顺纹状态下在SunChen模型中的有效应力和有效塑性应变，θ为木材顺纹状态下的受压试验中的偏轴角度，偏轴角度为L轴与受力轴间的夹角，h(θ)是木材顺纹状态下与偏轴角度相关的系数；

在木材顺纹状态下，将LR平面内的具有不同偏轴角度的受压试验应力-塑性应变曲线代入公式(4)；通过应力-塑性应变曲线获取有效应力-有效塑性应变曲线，选择合理的a₂₂和a₆₆值，使得多组木材顺纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线汇聚成为一条主曲线木材顺纹状态下的主曲线呈现幂函数形式，具体表达式如下所示：

式中，A和n为主曲线拟合过程中获取的系数；合理选择a₂₂和a₆₆的值，使得主曲线拟合结果对应的决定系数R²最大，即R²接近1，R²由最小二乘法获取，该系数越接近1，则拟合结果越符合幂函数形式；将上述结果代入公式(3)，并将σ₂₂代入公式(3)，则能确定公式(3)中全部未知参数；

最后，令公式(3)中σ₁₁和σ₂₂为零，则能描述木材顺纹受剪状态，从而获取该状态下的木材受剪极限承载力；

所述基于木材横纹抗压强度预测木材横纹抗剪强度方法，步骤如下：

将SunChen模型中原屈服函数简化为RT平面状态下的屈服函数g(△_ij)，方程如下：

其中，Δ₂₂为木材横纹状态下的R轴方向的正应力，Δ₃₃为木材横纹状态下的T轴方向的正应力，Δ₃₃由试验获取，Δ₂₃为木材横纹状态下的RT平面上的剪切应力；b₂₂是与Δ₂₂相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，b₃₃是与Δ₃₃相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，b₂₃是与Δ₂₂和Δ₃₃均相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，其反应了Δ₂₂与Δ₃₃屈服时的相互关系，b₄₄是与Δ₂₃相关的木材横纹状态下的塑性特征参数，系数l是与木材横纹状态下的性能相关的物理量，该参数由木材横纹状态下的单轴受力试验确定；

根据(1)木材塑性体积不可压缩假设；(2)木材在横纹状态下受压时，纤维方向会表现出明显的塑性变形；(3)木材在横纹状态下受压时，假定木材R轴和T轴方向的力学性质相同，由此得到：

b₂₂＝b₃₃＝-b₂₃ (7)

将公式(7)代入公式(6)，又不失一般性的令b₂₂＝1.0，得到：

式中系数l₂＝l/b₂₂，上述简化方式不会改变木材横纹状态下的屈服面的形状；

SunChen模型中木材横纹状态下的等效应力和等效塑性应变如下所示：

其中，Δ_x，分别为木材横纹状态下的受压试验中沿加载方向的试验应力和试验塑性应变，和分别为木材横纹状态下在SunChen模型中的等效应力和等效塑性应变，φ为木材横纹状态下的受压试验中的偏轴角度，偏轴角度为R轴与受力轴间的夹角，i(φ)是与木材横纹状态下的偏轴角度相关的系数；

在木材横纹状态下，将RT平面内的具有不同偏轴角度的受压试验应力-塑性应变曲线代入公式(9)；通过木材横纹状态下的应力-塑性应变曲线获取木材横纹状态下的等效应力-等效塑性应变曲线，选择合理的b₄₄值，使得多组木材横纹状态下的有效应力-有效塑性应变曲线汇聚成为一条主曲线木材横纹状态下的主曲线形式符合幂函数形式，具体表示式如下所示：

式中，B和m为主曲线拟合过程中获取的系数，合理选择b₄₄值，使得主曲线拟合结果对应的决定系数S²最大，即S²接近1，S²由最小二乘法获取，该系数越接近1，则拟合结果越符合幂函数形式；将上述结果代入公式(8)，并将Δ₃₃代入公式(8)，则能确定公式(8)中全部未知参数；

最后，令公式(8)中Δ₂₂和Δ₃₃为零，则能描述木材横纹受剪状态，从而获取该状态下的木材受剪极限承载力。