本發(fā)明屬于木構(gòu)件檢測領(lǐng)域，特別涉及一種木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法。

背景技術(shù)：

1、我國現(xiàn)存大量傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)古建筑和磚木混合結(jié)構(gòu)等優(yōu)秀既有建筑，這些木結(jié)構(gòu)建筑是我國重要的文物和珍貴的歷史文化遺產(chǎn)，同時近年來也新建了許多現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。

2、在木結(jié)構(gòu)建筑建造階段時，通過準(zhǔn)確評估材料的力學(xué)性能篩選出符合力學(xué)設(shè)計性能的構(gòu)件，對保證用材質(zhì)量的要求，保證結(jié)構(gòu)的安全十分重要。

3、在既有木結(jié)構(gòu)建筑工程中保護(hù)修復(fù)中，需盡可能真實準(zhǔn)確地獲取木構(gòu)件的材質(zhì)性能信息，對評判其安全健康狀況、實施預(yù)防性保護(hù)、進(jìn)行科學(xué)合理修繕具有重要意義。傳統(tǒng)的木材力學(xué)性質(zhì)大都采用儀器或力學(xué)試驗機(jī)檢測，檢測時間長、條件苛刻、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性差，且不適于非破壞、快速檢測。

4、目前木構(gòu)件無損檢測主要是利用應(yīng)力波法、微鉆阻力法等無損檢測技術(shù)測量木質(zhì)材料、構(gòu)件的力學(xué)性能，能夠克服傳統(tǒng)方法的缺陷，但應(yīng)力波檢測法、微鉆阻力存在設(shè)備大且復(fù)雜、操作復(fù)雜等缺點，亟需一種快速、方便操作的檢測方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法，解決了現(xiàn)有木材力學(xué)性質(zhì)采用儀器或力學(xué)試驗機(jī)檢測不適于非破壞、快速檢測的問題，且現(xiàn)有無損檢測設(shè)備大且復(fù)雜、操作復(fù)雜等缺點。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法，包括如下步驟：

4、步驟一：確定待測木構(gòu)件位置，手握木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試裝置，所述木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試裝置包括兩個探針、力學(xué)傳感器、含水率傳感器、激光測距傳感器、集成電路板、供電模塊、顯示儀器以及絕緣殼體，所述力學(xué)傳感器、含水率傳感器、集成電路板以及供電模塊分別位于絕緣殼體內(nèi)部，所述顯示儀器設(shè)置于絕緣殼體的外側(cè)面上，所述兩個探針平行設(shè)置，所述探針的一端設(shè)置于絕緣殼體內(nèi)部，所述探針的另一端設(shè)有圓錐形針尖且位于絕緣殼體的外側(cè)，所述力學(xué)傳感器設(shè)置于其中一個所述探針的位于絕緣殼體內(nèi)部的端部上，兩個探針分別與所述含水率傳感器的兩端連接，所述激光測距傳感器設(shè)置于兩個探針之間的絕緣殼體上，所述激光測距傳感器的激光方向與探針長度方向平行，激光測距傳感器的發(fā)射端和接收端均與絕緣殼體的外表面齊平，所述集成電路板分別與力學(xué)傳感器、含水率傳感器、激光測距傳感器、供電模塊以及顯示儀器連接，將兩個探針垂直于木構(gòu)件表面，探針尖端扎入所述木構(gòu)件內(nèi)部；

5、步驟二：通過激光測距傳感器獲取探針扎入木構(gòu)件時木構(gòu)件至絕緣殼體之間的距離，通過將殼體外探針的總長度減去木構(gòu)件至絕緣殼體之間的距離，得到探針扎入木構(gòu)件深度h；

6、步驟三：通過力學(xué)傳感器獲取探針扎入木構(gòu)件的阻力值f；

7、步驟四：通過探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h的比值與木構(gòu)件的密度ρ的函數(shù)關(guān)系，計算木構(gòu)件的密度ρ；

8、步驟五：通過含水率傳感器測得扎入木構(gòu)件的兩個探針之間的電阻r，通過含水率與電阻的函數(shù)公式：w＝e(4.09547-(0.1406*ln?r))，獲得木構(gòu)件的含水率w；

9、步驟六：集成電路板根據(jù)木構(gòu)件的應(yīng)力波傳播波速v與木構(gòu)件的含水率w的函數(shù)關(guān)系，計算木構(gòu)件的應(yīng)力波傳播波速v；

10、步驟七：通過木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v的平方和木構(gòu)件的密度ρ的乘積ρv2與木構(gòu)件彈性模量e的函數(shù)公式得到木構(gòu)件彈性模量e；通過木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v的平方和木構(gòu)件的密度ρ的乘積ρv2與木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb的函數(shù)公式得到木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb。

11、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h的比值與木構(gòu)件的密度ρ的函數(shù)關(guān)系通過深度學(xué)習(xí)擬合得到或者通過回歸分析擬合得到；所述探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h的比值與木構(gòu)件的密度ρ的函數(shù)關(guān)系是ρ＝0.0779f/h+0.0021。

12、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述木構(gòu)件的應(yīng)力波傳播波速v與木構(gòu)件的含水率w的函數(shù)關(guān)系通過深度學(xué)習(xí)擬合得到或者通過回歸分析擬合得到；所述木構(gòu)件的應(yīng)力波傳播波速v與木構(gòu)件的含水率w的函數(shù)關(guān)系是v＝0.2915w^2-33.508w+5191.6。

13、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述探針尖端扎入所述木構(gòu)件內(nèi)部時，兩個探針在木構(gòu)件表面上插入點的連線平行于木構(gòu)件紋理方向。

14、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述含水率傳感器的兩端分別設(shè)有供探針的一端穿越的孔洞，所述探針位于絕緣殼體內(nèi)部的桿段上設(shè)有外螺紋，兩個探針的一端分別穿過含水率傳感器上對應(yīng)的孔洞且分別用兩個第一螺母進(jìn)行固定。

15、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述集成電路板包括核心處理器、采集模塊、傳輸模塊以及存儲模塊，所述采集模塊、傳輸模塊以及存儲模塊分別與所述核心處理器連接，所述采集模塊分別與力學(xué)傳感器、含水率傳感器以及激光測距傳感器連接。

16、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述顯示儀器采用觸摸顯示屏。

17、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，步驟七中，所述木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v的平方和木構(gòu)件的密度ρ的乘積ρv2與木構(gòu)件彈性模量e的函數(shù)公式：e＝ρv2；所述木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v的平方和木構(gòu)件的密度ρ的乘積ρv2與木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb的函數(shù)公式：σb＝-0.0018ρv2+90.172。

18、優(yōu)選的，在上述的木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法中，所述力學(xué)傳感器、含水率傳感器、激光測距傳感器、集成電路板以及顯示儀器分別與絕緣殼體通過螺釘或螺絲固定。

19、由以上公開的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

20、綜上所述，本發(fā)明提供的一種木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試方法，包括兩個探針、力學(xué)傳感器、含水率傳感器、激光測距傳感器、集成電路板、供電模塊、顯示儀器以及絕緣殼體，所述力學(xué)傳感器、含水率傳感器、集成電路板以及供電模塊分別位于絕緣殼體內(nèi)部，所述顯示儀器設(shè)置于絕緣殼體的外側(cè)面上，所述兩個探針平行設(shè)置，所述探針的一端設(shè)置于絕緣殼體內(nèi)部，所述探針的另一端設(shè)有圓錐形針尖且位于絕緣殼體的外側(cè)，所述力學(xué)傳感器設(shè)置于其中一個所述探針的位于絕緣殼體內(nèi)部的端部上，兩個探針分別與所述含水率傳感器的兩端連接，所述激光測距傳感器設(shè)置于兩個探針之間的絕緣殼體上，所述激光測距傳感器的激光方向與探針長度方向平行，激光測距傳感器的發(fā)射端和接收端均與絕緣殼體的外表面齊平，所述集成電路板分別與力學(xué)傳感器、含水率傳感器、激光測距傳感器、供電模塊以及顯示儀器連接；當(dāng)兩個探針扎入所述木構(gòu)件內(nèi)部，通過含水率傳感器能夠測量木構(gòu)件的含水率w，通過力學(xué)傳感器能夠獲取探針扎入木構(gòu)件的阻力值f；通過激光測距傳感器能夠獲取探針扎入木構(gòu)件深度h；集成電路板根據(jù)木構(gòu)件的應(yīng)力波傳播波速v與木構(gòu)件的含水率w的函數(shù)關(guān)系，能夠計算木構(gòu)件的應(yīng)力波傳播波速v；根據(jù)探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h的比值與木構(gòu)件的密度ρ的函數(shù)關(guān)系，能夠計算木構(gòu)件的密度ρ；根據(jù)木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v的平方和木構(gòu)件的密度ρ的乘積ρv2與木構(gòu)件彈性模量e的函數(shù)關(guān)系，能夠得到木構(gòu)件彈性模量e；根據(jù)木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v的平方和木構(gòu)件的密度ρ的乘積ρv2與木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb的函數(shù)關(guān)系，能夠得到木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb。

21、一方面，本發(fā)明通過手握該木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試裝置，將探針垂直插入木構(gòu)件，即可測量木構(gòu)件的含水率w、探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h，計算得到計算獲得木構(gòu)件的密度ρ、木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v和木構(gòu)件的力學(xué)性能(包括木構(gòu)件彈性模量e和木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb)，與傳統(tǒng)微鉆阻力儀和應(yīng)力波設(shè)備比，設(shè)備簡單輕便，現(xiàn)場操作更加方便、快速。

22、另一方面，本發(fā)明通過手持該木構(gòu)件力學(xué)性能智能測試裝置垂直木構(gòu)件的表面一次性插入兩根探針，可同時測得木構(gòu)件的含水率w、探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h，計算獲得木構(gòu)件的密度ρ、木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v和木構(gòu)件的力學(xué)性能，而傳統(tǒng)測試需要分別測試木構(gòu)件的密度ρ、木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v以及木構(gòu)件的含水率w，會對木構(gòu)件進(jìn)行多次損傷，本發(fā)明只需手持測試裝置插入木構(gòu)件一次，操作簡單方便，并且探針插入深度較淺，對扎入深度無要求，對木構(gòu)件的傷害更小，實現(xiàn)微損檢測。

23、再一方面，本發(fā)明利用木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v與木構(gòu)件的含水率w的函數(shù)關(guān)系，計算得到木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v；利用木構(gòu)件的密度ρ與探針扎入木構(gòu)件的阻力值f和探針扎入木構(gòu)件深度h的比值的函數(shù)關(guān)系，計算得到木構(gòu)件的密度ρ；利用木構(gòu)件彈性模量e以及木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb與木構(gòu)件的應(yīng)力波波速v、木構(gòu)件的密度ρ的函數(shù)關(guān)系，計算得到木構(gòu)件彈性模量e以及木構(gòu)件抗彎強(qiáng)度σb；無需使用應(yīng)力波設(shè)備操作獲取應(yīng)力波波速v，無需使用微鉆阻力儀持續(xù)鉆孔或其他方法獲取密度ρ，因而，無需使用多個設(shè)備分別操作縮短了測試時間，有效節(jié)約了人力成本、經(jīng)濟(jì)成本和時間成本。