王 正 黃俁劼 許 斌 丁葉蔚 張一凡 何宇航 周宇昊

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210037)

定向刨花板(oriented strand board，OSB)是一種來自歐洲、20世紀(jì)70—80年代在國際上迅速發(fā)展起來的新型板種，目前已被公認(rèn)為是技術(shù)成熟、發(fā)展速度最快、最有生機(jī)的人造結(jié)構(gòu)板材和室外材料，具有穩(wěn)定性好、材耗低、強(qiáng)度高、防水性強(qiáng)、環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于家具制造(符羽棟等， 2021a； 2021b)、裝飾裝修(李海濤等， 2020)、木結(jié)構(gòu)房屋建筑(張穎等， 2019； 陳澤華等， 2021； 楊小軍等， 2020)、包裝材料、集裝箱底板(李海濤等， 2016)等領(lǐng)域。對(duì)OSB結(jié)構(gòu)作精確的應(yīng)力和剛度分析時(shí)，其承受彎曲、拉伸、剪切和蠕變的特性值較易得到，而泊松比不易獲取(Thomas， 1996； 2001； Shrestha， 1999； Karacabeylietal.， 1996)。范文英等(1992)采用軸向拉伸法測試了OSB縱向、橫向以及與縱向成±45°方向的泊松比，Thomas(2003)采用同樣方法測試了OSB主向泊松比(本研究稱作縱向和橫向泊松比)，雖然基于同樣方法，但是其泊松比測試結(jié)果存在較大差異，其原因值得探討?？盗?2017)、Kumpenza等(2018)采用靜態(tài)拉伸法，通過光學(xué)和數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)測試載荷作用下的位移，分別獲得了楊木(Populus)的泊松比和歐洲云杉(Piceaabies)的6個(gè)主向泊松比，探究光學(xué)方法測試木材泊松比的可行性值得肯定，但遺憾的是泊松比測試結(jié)果誤差較大。就Kumpenza等(2018)給出的歐洲云杉EL、ER、ET、μLR、μLT、μRL、μTL、μRT、μTR來說，并不能滿足LR、LT和RT主向面內(nèi)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系中柔度矩陣元素相對(duì)于對(duì)角線的對(duì)稱性，其偏離對(duì)稱性相當(dāng)大。Aydn等(2020)采用超聲波法測試自然老化約10年歐洲黑松(Pinusnigra)的彈性模量和剪切模量推算其6個(gè)主向泊松比，并通過壓縮試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。王正等(2015)根據(jù)懸臂板一階彎曲振形給出動(dòng)態(tài)測試木材泊松比的方法，將縱向和橫向應(yīng)變片粘貼于懸臂板的跨中，動(dòng)態(tài)測試了北美云杉(Piceasitchensis)徑切面和橫切面的主向泊松比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從時(shí)域波形和頻域頻譜測試主向泊松比是一致的，但沒有確定應(yīng)變片粘貼于跨中的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值就是材料的泊松比。Gao等(2016)、王韻璐等(2017)、曹瑜等(2017)以懸臂板為試件，將應(yīng)變片粘貼在作一階彎曲振動(dòng)或靜力彎曲的懸臂板板面上橫向應(yīng)力等于零的位置，進(jìn)行了木材和中密度纖維板(medium density fiberboard,MDF)泊松比的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試，并將其稱為懸臂板一階彎曲模態(tài)法(動(dòng)態(tài)法)和懸臂板靜力彎曲法(靜態(tài)法)。

本研究旨在探討懸臂板一階彎曲模態(tài)法(動(dòng)態(tài)法)和懸臂板靜力彎曲法(靜態(tài)法)測試OSB縱向和橫向泊松比的適用性，重點(diǎn)在于給出動(dòng)態(tài)法測試OSB縱向和橫向泊松比的貼片位置。首先，應(yīng)用ANSYS模態(tài)程序塊和靜力彎曲程序塊對(duì)沿OSB整板縱向和橫向下料的懸臂板試件進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析，所涉及縱向和橫向懸臂板的長寬比和寬厚比分別為3、4、5、6和4、7、10，同時(shí)分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)，總計(jì)48種計(jì)算方案； 其次，以懸臂板內(nèi)橫向應(yīng)力等于零的位置確定動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試OSB泊松比的應(yīng)變片粘貼位置，并應(yīng)用二元線性回歸分析將其表示為依賴于懸臂板試件長寬比和寬厚比的關(guān)系式； 再次，為說明本研究給出的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試OSB縱向和橫向泊松比應(yīng)變片粘貼位置的有效性，采用OSB整板制作OSB縱向和橫向試件，按懸臂板內(nèi)橫向應(yīng)力等于零給出的應(yīng)變片粘貼位置公式(或稱為懸臂板橫向應(yīng)力σy=0的貼片法)粘貼應(yīng)變片，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)實(shí)測國產(chǎn)和加拿大產(chǎn)OSB縱向和橫向泊松比； 最后，采用軸向拉伸和四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。結(jié)果表明，懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比與軸向拉伸法和四點(diǎn)彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比吻合得相當(dāng)好。

筆者認(rèn)為，由于測試OSB泊松比時(shí)采用的是應(yīng)變法，故在驗(yàn)證應(yīng)變片粘貼位置有效性時(shí)，充分考慮OSB材質(zhì)的非均勻性尤為重要。對(duì)此，本研究在上、下板面粘貼應(yīng)變片，采用半橋接法測試橫向和縱向應(yīng)變彌補(bǔ)OSB材質(zhì)的非均勻性，以提高測試精度。此外，采用截短試件方法改變懸臂板試件長寬比，不改變應(yīng)變片粘貼于板上位置以驗(yàn)證橫向應(yīng)力等于零的粘貼應(yīng)變片方法的正確性。當(dāng)然，測試OSB泊松比考慮OSB材質(zhì)的非均勻性最終還得加大試件容量，以保證測試精度。

1 OSB泊松比的仿真計(jì)算

1.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析

應(yīng)用ANSYS模態(tài)程序塊和靜力彎曲程序塊對(duì)OSB懸臂板進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)應(yīng)力和應(yīng)變分析。ANSYS計(jì)算時(shí)采用Solid 45單元，50×10網(wǎng)絡(luò)劃分，其輸入?yún)?shù)如表1所示。

表1 OSB縱向和橫向試件ANSYS模態(tài)程序塊和靜力彎曲程序塊計(jì)算的輸入?yún)?shù)Tab.1 The input parameters of ANSYS modal block and static bending block calculation of OSB longitudinal and horizontal specimens

OSB懸臂板一階彎曲模態(tài)的應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算應(yīng)用ANSYS模態(tài)程序塊，OSB懸臂板靜力彎曲模態(tài)的應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算應(yīng)用ANSYS靜力彎曲程序塊。附加載荷為作用于懸臂板自由端中部的集中力，其值等于10 N，方向垂直于板面向下。

ANSYS計(jì)算輸出參數(shù)： 在動(dòng)態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變分析中，提取懸臂板一階彎曲模態(tài)的動(dòng)應(yīng)力σx、σy分量和動(dòng)應(yīng)變?chǔ)舩、εy分量； 在靜態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變分析中，提取懸臂板靜力彎曲模態(tài)的靜應(yīng)力σx、σy分量和靜應(yīng)變?chǔ)舩、εy分量。

OSB懸臂板靜力彎曲和一階彎曲模態(tài)的應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算結(jié)果表明，懸臂板內(nèi)均存在橫向應(yīng)力等于零的點(diǎn)， 雖然點(diǎn)的位置不同，但其橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值的絕對(duì)值均等于ANSYS計(jì)算時(shí)輸入的泊松比。

圖1所示為OSB縱向和橫向懸臂板(334 mm×74 mm×9.75 mm)中央線上的應(yīng)力和應(yīng)變沿x軸的變化曲線?？梢钥闯觯徽撌强v向懸臂板還是橫向懸臂板，無論是動(dòng)態(tài)的還是靜態(tài)的，在懸臂板中央線上均存在橫向應(yīng)力σy=0的位置，該位置隨縱向、橫向懸臂板的長寬比和寬厚比以及動(dòng)、靜態(tài)變化而變化, 且在σy=0位置上的-εy/εx等于ANSYS計(jì)算時(shí)輸入的泊松比。

1.2 應(yīng)變片粘貼位置

泊松比為材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值的絕對(duì)值。在軸向拉伸狀態(tài)下，試件受單向應(yīng)力，即試件內(nèi)只存在縱向應(yīng)力σx，橫向應(yīng)力σy=0。由于懸臂板在靜力彎曲和一階彎曲振動(dòng)時(shí)其內(nèi)均存在σy=0的位置，故若在該位置上粘貼橫向和縱向應(yīng)變片，測試其橫向和縱向應(yīng)變，則橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值的絕對(duì)值可認(rèn)為是泊松比的測試值； 當(dāng)然，其有效性還需其他試驗(yàn)方法的驗(yàn)證。

OSB縱向和橫向懸臂板在長寬比l/b=3、4、5、6和寬厚比b/h=4、7、10時(shí)，先計(jì)算出懸臂板內(nèi)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)橫向應(yīng)力等于零的位置(共48種計(jì)算方案)，再經(jīng)對(duì)b/l和h/b的二元線性回歸得到應(yīng)變片貼片位置。

動(dòng)態(tài)測試OSB泊松比應(yīng)變片貼片位置：

縱向x/l=0.301 5+0.758 3b/l-0.237 0h/b
(r=0.986 7,n=12)；

(1)

橫向x/l=0.195 4+0.778 0b/l-0.203 8h/b
(r=0.995 0,n=12)。

(2)

靜態(tài)測試OSB泊松比應(yīng)變片貼片位置：

縱向x/l=0.568 0-0.051 7b/l-0.135 1h/b
(r=0.975 1,n=12)；

(3)

橫向x/l=0.539 9+0.078 9b/l-0.103 0h/b
(r=0.971 5,n=12)。

(4)

1.3 泊松比計(jì)算

動(dòng)態(tài)泊松比在頻域中定義為懸臂板頻譜圖上一階彎曲頻率處的橫向應(yīng)變線性譜幅值與縱向應(yīng)變線性譜幅值的比值，即

靜態(tài)泊松比定義為懸臂板靜力彎曲時(shí)橫向應(yīng)變增量與縱向應(yīng)變增量比值的絕對(duì)值，即

2 OSB泊松比的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)測試

2.1 試材與測試儀器

2.1.1 試驗(yàn)材料 圖2所示為OSB縱向和橫向試件下料示意圖。OSB整板長度方向?yàn)榭v向，取作x軸； 寬度方向?yàn)闄M向，取作y軸； 厚度方向取作z軸；x、y、z軸正向遵循右手螺旋法則。沿整板縱向下料的試件稱為OSB縱向(0°)試件，測試的泊松比稱為OSB縱向泊松比； 沿整板橫向下料的試件稱為OSB橫向(90°)試件，測試的泊松比稱為OSB橫向泊松比。圖2中74×8表示板寬為74 mm、板的數(shù)量8塊。

圖2 OSB縱向和橫向試件下料示意(mm)(板厚9.75 mm, 中國制造)Fig. 2 OSB longitudinal and horizontal specimen blanking diagram(mm)(plate thickness 9.75 mm, made in China)

沿OSB整板縱向(x向)和橫向(y向)下料，制成縱向A試件和橫向A試件(簡稱縱A和橫A)。縱A尺寸為454 mm×74 mm×9.75 mm，9塊； 橫A尺寸為454 mm×74 mm×9.75 mm，8塊； 氣干密度為570 kg·m-3，含水率為9%； 試件夾持深度為120 mm，實(shí)現(xiàn)懸臂外伸長度334 mm的縱A和橫A，其長寬比為4.5、寬厚比為7.6。

沿OSB整板縱向(x向)下料，制成縱向B試件(簡稱縱B)，其尺寸為383 mm×70 mm×9.75 mm，9塊； 氣干密度為570 kg·m-3，含水率為9%； 試件夾持深度120 mm，實(shí)現(xiàn)懸臂外伸長度263 mm的縱B，其長寬比為3.75、寬厚比為7.2。

2.1.2 測試儀器與配件 測試儀器采用CRAS振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)，包括信號(hào)調(diào)理箱、采集箱及其配套分析軟件； YD-28A型動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變儀、BX120-10AA型應(yīng)變片(靈敏系數(shù)2.08，應(yīng)變柵長度10 mm×寬度5 mm)。

2.2 應(yīng)變片粘貼位置

為檢驗(yàn)式(1)—(4)的有效性，分別將OSB作為均質(zhì)和非均質(zhì)材料進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中，2.2.1、2.2.2將OSB處理為均質(zhì)材料，2.2.3將OSB處理為非均質(zhì)材料。

2.2.1 OSB縱向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置 對(duì)于OSB懸臂板縱A(334 mm×74 mm×9.75 mm)，根據(jù)式(1)，確定動(dòng)態(tài)測試OSB縱向泊松比的貼片位置為x/l=0.437 1，即x=146 mm； 根據(jù)式(3)，確定靜態(tài)測試OSB縱向泊松比的貼片位置為x/l=0.538 7，即x=180 mm。上、下板面貼片位置如圖3所示。

圖3 縱A動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試OSB縱向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置示意(mm)Fig. 3 Schematic diagram of the sticking position of the strain gauge for the longitudinal Poisson’s ratio of the longitudinal A specimen for dynamic and static testing(mm)

考慮到OSB木片尺寸和鋪設(shè)方位的一定隨機(jī)性，為說明靜態(tài)貼片位置式(3)的正確性，在動(dòng)態(tài)測試OSB縱向泊松比后，將試件從自由端鋸切34 mm，并實(shí)現(xiàn)懸臂外伸長度仍為334 mm，此時(shí)應(yīng)變片位于距懸臂板固支邊180 mm處(圖3)。該處理在進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)泊松比測試時(shí)，應(yīng)變片粘貼位置處的木片狀態(tài)未變化，只是應(yīng)變片在相同跨度懸臂板上的位置發(fā)生變化，這種位置變化是由動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試OSB縱向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置式(1)和式(3)決定的。

2.2.2 OSB橫向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置 對(duì)于OSB懸臂板橫A(334 mm×74 mm×9.75 mm)，根據(jù)式(2)，確定動(dòng)態(tài)測試OSB橫向泊松比的貼片位置為x/l=0.340 9，即x=114 mm； 根據(jù)式(4)，確定靜態(tài)測試OSB橫向泊松比的貼片位置為x/l=0.543 8，即x=182 mm。上、下板面貼片位置如圖4所示。

在動(dòng)態(tài)測試OSB橫向泊松比后，將試件從自由端鋸切68 mm，并實(shí)現(xiàn)懸臂外伸長度仍為334 mm，此時(shí)應(yīng)變片位于距懸臂板固支邊182 mm處(圖4)。

圖4 橫A動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試OSB橫向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置示意(mm)Fig. 4 Schematic diagram of the sticking position of the strain gauge for the harizontal Poisson’s ratio of the horizontal A specimen for dynamic and static testing(mm)

2.2.3 同塊試件粘貼動(dòng)態(tài)和靜態(tài)應(yīng)變片測試OSB縱向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置 2.2.1和2.2.2是在懸臂板同一位置粘貼應(yīng)變片，通過鋸切試件，并保持與動(dòng)態(tài)測量時(shí)相同的懸臂外伸長度，同一應(yīng)變片既作OSB泊松比動(dòng)態(tài)測量，又作靜態(tài)測量。2.2.3基于同一塊OSB懸臂板縱B(263 mm×70 mm×9.75 mm)，根據(jù)式(1)和式(3)計(jì)算出貼片位置，并分別在上、下板面粘貼動(dòng)態(tài)和靜態(tài)應(yīng)變片(動(dòng)態(tài)應(yīng)變片距懸臂板固支邊124 mm，靜態(tài)應(yīng)變片距懸臂板固支邊141 mm)進(jìn)行OSB縱向泊松比的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試，如圖5所示。

圖5 縱B動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試OSB縱向泊松比的應(yīng)變片粘貼位置示意(mm)Fig. 5 Schematic diagram of the sticking position of the strain gauge for the longitudinal Poisson’s ratio of the longitudinal B specimen for dynamic and static testing(mm)

2.3 試驗(yàn)框圖

懸臂板上、下板面縱向和橫向應(yīng)變片半橋接法各占用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀一個(gè)通道，雙通道測量。動(dòng)態(tài)測試OSB泊松比時(shí)，應(yīng)變儀輸出信號(hào)接信號(hào)調(diào)理儀進(jìn)行放大、濾波，信號(hào)調(diào)理儀輸出信號(hào)通過AZ采集箱將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)分析軟件和計(jì)算機(jī)顯示懸臂板試件的頻譜，信號(hào)調(diào)理儀濾波頻率設(shè)置為在頻譜圖上僅顯示懸臂板試件的一階彎曲頻率，如圖6所示。靜態(tài)測試OSB泊松比時(shí)，應(yīng)變儀輸出信號(hào)接AZ采集箱，經(jīng)數(shù)據(jù)采集軟件和計(jì)算機(jī)顯示采集波形，取其應(yīng)變均值計(jì)算泊松比，靜態(tài)測試OSB縱向和橫向泊松比用砝碼加載，每塊試件進(jìn)行3次測試，采用二級(jí)增量加載，取后2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的-Δεy/Δεx平均值作為該試件的泊松比測試值。圖7中圓孔用φ3.5鉆頭鉆孔，圓孔中心距自由端5 mm，供加載砝碼用。靜態(tài)測試OSB泊松比時(shí)應(yīng)變儀濾波頻率設(shè)置為10 Hz，縱向泊松比測試的加載增量為8.33 N，橫向泊松比測試的加載增量為4.615 N。

圖6 動(dòng)態(tài)測試OSB縱向和橫向泊松比的試驗(yàn)框圖Fig. 6 Experimental block diagram of dynamic test of OSB longitudinal and horizontal Poisson’s ratio

圖7 靜態(tài)測試OSB縱向和橫向泊松比的試驗(yàn)框圖Fig. 7 Experimental block diagram of static test of OSB longitudinal and horizontal Poisson’s ratio

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 軸向拉伸法測試OSB縱向泊松比

將縱A鋸切成尺寸為360 mm×36 mm×9.75 mm的拉伸試件，應(yīng)變片居中，上、下板面縱向和橫向應(yīng)變片各自串聯(lián)連接后，按1/4橋連接于2個(gè)橋盒上?？v向和橫向應(yīng)變片各自串聯(lián)是為了避免夾持試件不對(duì)中而產(chǎn)生彎曲應(yīng)變。加載的初始載荷為0.8 kN，終止載荷為1.8 kN，在加載范圍內(nèi)讀取橫向和縱向應(yīng)變增量，計(jì)算OSB縱向泊松比。每塊試件進(jìn)行3次軸向拉伸試驗(yàn)，取后2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的-Δεy/Δεx平均值作為該塊試件泊松比測試值。

3.2 四點(diǎn)彎曲法測試OSB橫向泊松比

將橫A鋸切成尺寸為280 mm×28 mm×9.75 mm的彎曲試件，應(yīng)變片居中，上、下板面縱向和橫向應(yīng)變片采用半橋接法測量橫向和縱向應(yīng)變增量(砝碼加載,載荷增量2.082 5 N)，計(jì)算OSB橫向泊松比。每塊試件進(jìn)行3次四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，取后2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的-Δεy/Δεx平均值作為該塊試件泊松比測試值。

4 結(jié)果與分析

4.1 動(dòng)態(tài)測試的OSB縱向和橫向泊松比

以O(shè)SB橫向試件為例說明頻域和時(shí)域測試動(dòng)態(tài)泊松比的一致性，其頻域頻譜和時(shí)域波形如圖8、9所示。

從圖8頻域頻譜上一階彎曲頻率26.88 Hz處讀取的橫向和縱向應(yīng)變線性譜幅值分別為1.29和10.24 με，OSB橫向泊松比測試值為0.126； 從圖9時(shí)域波形114.84 ms計(jì)算的-εy/εx=10.71/85.46=0.125, 299.22 ms計(jì)算的-εy/εx=5.282/39.20=0.135, 與頻域的OSB橫向泊松比測試值十分吻合。

圖8 OSB橫向A-2試件頻譜Fig. 8 OSB spectrum of specimen A-2

圖9 OSB橫向A-2試件基頻縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變波形Fig. 9 OSB longitudinal strain and horizontal strain waveforms of specimen A-2 at fundamental frequency

4.2 縱A和橫A動(dòng)、靜態(tài)測試的OSB縱、橫向泊松比

由縱A和橫A用懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比可知，縱A每塊試件動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試的OSB縱向泊松比幾乎相等，其均值僅差1.2%； 橫A每塊試件動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測試的OSB橫向泊松比相差甚微,其均值相差3.8%。表2列出了懸臂板一階彎曲模態(tài)法、懸臂板靜力彎曲法、軸向拉伸法和四點(diǎn)彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比測試值。

表2 OSB縱、橫向泊松比動(dòng)、靜態(tài)測試值①Tab.2 The dynamic and static test values of OSB longitudinal and horizontal Poisson’s ratio

4.3 縱B動(dòng)、靜態(tài)測試的OSB縱向泊松比

對(duì)于OSB懸臂板縱B(263 mm×70 mm×9.75 mm，l/b=3.75)，根據(jù)式(1)確定動(dòng)態(tài)測試OSB縱向泊松比的貼片位置(x=124 mm)，再根據(jù)式(3)確定靜態(tài)測試OSB縱向泊松比的貼片位置(x=141 mm)后，分別在上、下板面粘貼縱向和橫向應(yīng)變片，用懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試OSB縱向泊松比。

從縱B 9塊試件的動(dòng)、靜態(tài)泊松比測試結(jié)果可知，同一塊試件，既粘貼動(dòng)態(tài)片又粘貼靜態(tài)片，分別用懸臂板一階彎曲模態(tài)法(對(duì)動(dòng)態(tài)片)和懸臂板靜力彎曲法(對(duì)靜態(tài)片)測試的OSB縱向泊松比雖存在差異，但其平均值分別為0.336和0.332，僅相差1.2%。

5 討論

5.1 橫向應(yīng)力等于零貼片法的有效性分析

動(dòng)、靜態(tài)測試OSB縱、橫向泊松比時(shí)，懸臂板一階彎曲模態(tài)法和靜力彎曲法基于懸臂板內(nèi)橫向應(yīng)力等于零的貼片法，即貼片位置由式(1)—(4)確定,其有效性驗(yàn)證如下：

首先，根據(jù)懸臂板長、寬和厚應(yīng)用式(1)—(4)計(jì)算的應(yīng)變片粘貼位置在懸臂板上貼片，動(dòng)、靜態(tài)實(shí)測OSB縱、橫向泊松比； 然后，將懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB泊松比與軸向拉伸法和四點(diǎn)彎曲法測試結(jié)果比較，以驗(yàn)證懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試OSB泊松比的有效性。

由表2可知， 縱A和橫A采用懸臂板一階彎曲模態(tài)法(動(dòng)態(tài)法)和懸臂板靜力彎曲法(靜態(tài)法)測試的OSB縱向或橫向泊松比相對(duì)誤差不超過4.0%； 懸臂板一階彎曲模態(tài)法、懸臂板靜力彎曲法和軸向拉伸法測試的OSB縱向泊松比相對(duì)誤差不超過7.8%； 懸臂板一階彎曲模態(tài)法、懸臂板靜力彎曲法和四點(diǎn)彎曲法測試的OSB橫向泊松比相對(duì)誤差不超過7.4%。

縱B，即同一塊懸臂板上既粘貼動(dòng)態(tài)片又粘貼靜態(tài)片，懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB縱向泊松比雖存在差異，但其平均值分別為0.336和0.332，僅相差1.2%。

綜上所述，懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB泊松比與軸向拉伸法和四點(diǎn)彎曲法測試的OSB泊松比相當(dāng)吻合，因此，OSB懸臂板橫向應(yīng)力等于零的貼片法可有效用于OSB縱向和橫向泊松比測試。

5.2 OSB泊松比測試值的影響因素分析

OSB產(chǎn)品質(zhì)量主要取決于木材樹種、膠組分、木片定向排列狀況、相對(duì)層間厚度和加工時(shí)施加的壓力等，這些因素必然會(huì)影響OSB的材料性能參數(shù)，在研究OSB泊松比動(dòng)、靜態(tài)測試的過程中發(fā)現(xiàn)，處于懸臂板同一縱向位置上、下板面橫向應(yīng)變?chǔ)舮測試值與縱向應(yīng)變?chǔ)舩測試值的比值有時(shí)會(huì)存在較大差異，如縱B-2，在距固支邊124 mm處(動(dòng)態(tài)測試OSB縱向泊松比的應(yīng)變花粘貼位置)，上板面-εy/εx的測試值為0.277，下板面-εy/εx的測試值為0.505，二者相差近1倍。

OSB材質(zhì)的非均勻性給試驗(yàn)驗(yàn)證應(yīng)變片粘貼位置的有效性帶來了困難； 然而，本研究試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)已克服該困難。實(shí)測國產(chǎn)OSB發(fā)現(xiàn)， OSB泊松比測試值的分散性與應(yīng)變片粘貼處OSB外層的木片尺寸和鋪設(shè)方位有關(guān)，若貼片位于大尺寸木片或其鋪設(shè)方位偏離板縱向嚴(yán)重的木片，則會(huì)使OSB泊松比測試值過小或過大，造成測試值較大的分散性。為說明之,本研究又采用加拿大OSB整板下料縱向和橫向試件，縱向試件10塊，橫向試件8塊，試件寬度70 mm，厚度10.4 mm，氣干密度684 kg·m-3，含水率9%。懸臂板一階彎曲模態(tài)法測試的加拿大OSB縱向和橫向泊松比如表3的第2～4列所示，第5列列出了四點(diǎn)彎曲法的測試結(jié)果?？梢钥闯觯幽么驩SB測試的泊松比數(shù)據(jù)也存在分散性較大的問題。

表3 加拿大OSB縱向和橫向泊松比測試值Tab.3 Longitudinal and horizontal Poisson’s ratio test values of Canadian OSB

由表4可知，懸臂板一階彎曲模態(tài)法測試的國產(chǎn)和加拿大產(chǎn)OSB縱向泊松比均值分別為0.342和0.314，橫向泊松比均值分別為0.131和0.174，分散性均較大，加拿大產(chǎn)OSB泊松比測試值的分散性略小于國產(chǎn)。分析其原因或許加拿大產(chǎn)OSB組坯樹種是由不知名的闊葉材和松木針葉材混搭而成，而國產(chǎn)OSB則由楊木闊葉材制成； 同時(shí)，加拿大產(chǎn)OSB組坯時(shí)所用膠種為三聚氰胺膠，而國產(chǎn)OSB組坯時(shí)所用膠種為脲醛樹脂膠。懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比相當(dāng)吻合， 且這2種方法測試OSB縱向和橫向泊松比的有效性得到軸向拉伸法和四點(diǎn)彎曲法的驗(yàn)證，即懸臂板內(nèi)橫向應(yīng)力等于零的貼片法可應(yīng)用于OSB面內(nèi)泊松比測試。

表4 國產(chǎn)和加拿大產(chǎn)OSB測試的縱向和橫向泊松比Tab.4 OSB longitudinal and horizontal Poisson’s ratio tested by domestic and Canadian OSB specimens

6 結(jié)論

1) 測試OSB縱向和橫向泊松比的懸臂板一階彎曲模態(tài)法(動(dòng)態(tài)法)和懸臂板靜力彎曲法(靜態(tài)法)具有可靠的理論依據(jù)。

2) 懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB縱向或橫向泊松比一致，2種方法測試OSB縱向或橫向泊松比之差不大于4%。

3) 懸臂板一階彎曲模態(tài)法和懸臂板靜力彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比與軸向拉伸法和四點(diǎn)彎曲法測試的OSB縱向和橫向泊松比相當(dāng)吻合。

4) 懸臂板內(nèi)橫向應(yīng)力等于零的貼片法用于測試OSB縱向和橫向泊松比是有效的。

5) 國產(chǎn)和加拿大產(chǎn)OSB動(dòng)態(tài)測試的縱向泊松比均值分別為0.342和0.314,橫向泊松比均值分別為0.131和0.174。