常规干燥过程中白桦树盘干燥应力应变的研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xiaohuzhao
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随着现代生态文明建设的发展、人们对绿色生活理念的追求以及人民生活水平的提高,木材需求量逐年增大与木质资源日益紧缺间的矛盾不断加剧。若将弯曲木、小径木等劣质木材资源,沿垂直纤维方向锯解成适宜厚度的树盘,干燥后可加工成菜板、钟表盘、立茬地板及其他工艺品等,不仅能增大附加值,而且利用率高,对缓解上述矛盾具有重要意义。上述产品成品率提高的关键,是其高品质干燥。但由于木材干缩异向性的存在,即使干燥过程中无含水率梯度,纤维饱和点之下也必然会产生应力,使木材在干燥中及干燥后极易产生开裂,严重影响其应用和价值。木材干燥应力、应变是干燥开裂产生的主要原因,不考虑生长应力的影响,其主要由木材含水率分布不均以及干缩异向性致使其产生非同步干缩而引起。因此,有必要对干燥过程中木材的应力、应变进行分析研究,探寻合适的手段缓解干燥应力,降低干燥缺陷产生的几率。  基于以上原因,本研究主要探讨了树盘常规干燥过程中含水率的在线检测方法及用于干燥应变检测的图像解析测算法;对干缩异向性单独作用及其与含水率梯度共同作用下树盘的实际干缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变应变以及机械吸附蠕变进行了测定;根据不同干燥条件及不同含水率下各应变的特征,分析了干燥应力的变化规律,阐明了应力产生、发展及转向机理;探讨了饱和湿空气及蒸汽预处理对树盘干燥特性及各应变参数的影响规律;在此基础上,利用人工神经网络模型对树盘干燥过程中的干燥应变进行模拟预测。具体研究内容和重要结论总结如下:  (1)为实现树盘干燥过程中含水率的在线检测,分析了环境温度对电阻应变式称重装置测量精度的影响规律,获得了利用环境温度和电测重量计算精准重量的二元回归方程;并对木材含水率仪进行了实验校正,探讨了纤维饱和点之下探针深度、间距、位置以及温度补偿对含水率仪测量精度的影响,得到了具有较高检测精度时含水率测值的修正公式;此外,探讨了用于干燥过程中各应变检测的图像解析测算法;为树盘干燥过程中含水率及干燥应变的准确检测奠定了基础。  (2)对树盘常规缓慢干燥过程中干缩异向性单独所引起的弦、径向实际干缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变应变以及机械吸附蠕变进行了检测,分析了含水率、材性差异、纹理方向对各应变的影响规律。结果显示,干缩异向性单独作用下,弹性应变和黏弹性蠕变应变均随含水率的降低而减小,而机械吸附蠕变则随含水率的降低而增大,且弦、径向存在相反的机械吸附蠕变;黏弹性蠕变应变不易回复,且蠕变未完全回复就产生了较大的压缩机械吸附蠕变。  (3)采用两种不同干燥基准,对比分析了干缩异向性单独作用及其与含水率梯度共同作用对树盘弦向实际干缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变应变以及机械吸附蠕变的影响规律。结果显示,双重应力作用下,边材在低于纤维饱和点后,就产生了较大的弦向拉伸塑性变形,使得边材应力转向时刻提前;同时黏弹性蠕变应变更容易回复并产生了反向应变,明显减小或部分回复了压缩机械吸附蠕变。  (4)根据不同干燥条件和目标含水率(26%,18%,10%)下的各应变特征,选取代表性微元体进行受力分析,揭示树盘干燥过程中内应力的产生、发展及转向机制,进而阐明树盘干燥开裂抑制机理。结果显示,干缩异向性单独作用下,树盘由弦向拉应力向压应力转变发生在含水率自26%降至18%过程中。干缩异向性与心材高、边材低的含水率梯度共同作用下,边材在含水率26%时就完成了应力转向;应力转向前,干缩异向性应力与含水率梯度应力方向相同;转向后,二者方向相反。干缩异向性与边材高、心材低的含水率梯度共同作用下,干缩异向性应力与含水率梯度应力方向相反,含水率梯度引起的非同步干缩应力减弱或部分抵消了干缩异向性应力,其共同作用时的应力状态,主要取决于二者的大小关系。  (5)利用饱和湿空气及常压饱和蒸汽对树盘进行干燥前预处理。探讨预处理条件对含水率、干燥速率、干缩率、干燥开裂以及实际干缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变应变、机械吸附蠕变的影响规律。结果显示,预处理使得树盘初含水率降低,含水率分布更加均匀,干燥速率提高。预处理提高了心材部位的实际干缩应变,使得混合材及边材部位的实际干缩应变降低。此外,降低了树盘含水率降至纤维饱和点以下初始阶段的拉伸弹性应变和黏弹性蠕变应变,在干燥后期产生了压缩黏弹性蠕变应变,并减小了压缩机械吸附蠕变。  (6)利用人工神经网络理论,对常规干燥过程中树盘的弹性应变和机械吸附蠕变进行了模拟预测。通过网络的训练、验证及测试过程,得到合理的人工神经网络预测模型,为人工神经网络在干燥应力、应变研究方面的应用提供了可行性依据。结果显示,两种模型的预测值与实验值均能较好地吻合。弹性应变和机械吸附蠕变预测模型中,其验证集均方差达到的最优误差分别为1.21×10-6和1.26×10-6,两种模型中测试集的决定系数分别为0.956和0.939。
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距离2015的离开已经三个多月了,夜里我仍旧时常感觉到腿骨间一阵撕裂般的疼痛,梦里是被石头压住了腿,动弹不得,有时疼得厉害了,我会猛一下睁开眼,伸手摸一下额头,浮着一层冰凉冰凉的汗珠。  不敢出声叫唤,我甚至对这疼痛有些甘之如饴。因为我知道,这些细小却锋利的痛,正混在我的血液里,和这个在黑夜里挣扎的年轻生命融为一体。我预感着,我将完成一场真正意义上的青春革命。  2015年11月20日,我在山路上