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影響木材幹燥應力與應變得出的結論!

作者:admin 發布日期:2017/9/13 關注次數: 二維碼分享
  初探木材幹燥過程中應力與應變檢測方法。木材幹燥過程中,影響幹燥質量的既有彈性應力,又有殘餘應力;幹燥過程結束,且木材厚度上的含水率分布均勻後,彈性應變已經消失,此後繼續影響幹燥質量的是殘餘應力。

1.木材徑弦向幹縮不一致引起的應力與變形

根據木材弦向幹縮係數約是徑向的2倍的特性,分析三種木材的幹縮、應力與變形情況。

a徑切板

板麵均是徑切麵,板厚都為弦向,幹縮均勻,不會引起附加的應力和變形。


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b弦切板

外板麵(靠近樹皮的麵)接近弦向,其幹縮量大於接近徑向的內板麵(靠近髓心的麵),因此,幹燥時其力向外板麵翹曲,但實際幹燥生產中,板材都堆積成材堆,並在其頂部置壓塊以防止木材翹曲變形,由於材堆及壓塊的重量,對板材產生附加的壓力以抑製其翹曲,因而板材的外板麵就產生附加拉應力,而內板麵產生附加壓應力。這種應力與含水率梯度無關。外板麵的附加拉應力與含水率不均勻引起的表麵拉應力相疊加,很容易引起外板麵的表裂。

c帶髓心的方材

其四個表麵接近弦切麵,其幹縮量比直徑方向的大,幹燥時四個表麵的幹縮受到內部直徑方向木材的抑製,結果在表層區域產生附加的拉應力,中心區域產生附加的壓應力。這種應力同樣與含水率梯度無關。這種附加的表層拉應力與幹燥初期含水率梯度引起的拉應力相疊加,很易引起表裂和徑裂。所以帶髓心的方材,幹燥時很容易產生缺陷。木材厚度上含水率不均引起的應力與變形.

2.木材厚度上含水率不均引起的應力與變形

幹燥過程中,不考慮木材幹縮的各向異性,並假定僅在木材厚度上發生水分移動,則厚度上含水率分布、應力與變形的變化可按四個階段分析:

a.幹燥初始尚未產生應力的階段。此階段中盡管表層含水率低,厚度上含水率分布不均,但都在纖維飽和點之上,不產生幹縮,因而不產生應力。

b.幹燥初期,應力外拉內壓階段。幹燥過程開始後,木材表麵自由水先蒸發,經過一段較短時間(取決於幹燥介質的溫度和相對濕度)後,表層含水率降到纖維飽和點之下,斷麵上含水率梯度增大、且出現“濕線”,“濕線”以外區域降到纖維飽和點以下,以內區域仍高於纖維飽和點。隨著幹燥的進行,“濕線”不斷向內移動。

木材表層因含水率在纖維飽和點以下,所以要產生幹縮,但內部各層含水率高於纖維飽和點、尺寸不變,因而牽製表層的幹縮,故表層因該牽製受拉應力,內部則同時受壓應力。又因為幹燥初期木材橫斷麵上,含水率降到纖維飽和點以下的區域較薄,相應受拉應力的區域較小,而受壓應力的區域較大,且總拉力與總壓力相平衡,所以,內部單位麵積上的壓應力較小,而表層單位麵積上的拉應力相當大,且很快發展、達到較大拉應力,當該應力大於表層抗拉強度極限時,即產生裂紋。這也是幹燥初期易產生表裂的主要原因。

由於木材是彈性-塑性體,當表層拉應力超過其比例極限時,就會產生塑性變形,或拉應力雖沒超過比例極限,但受力時間長會產生蠕變,從而產生塑化固定。


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隨著幹燥過程的進行,“濕線”不斷內移,即表層以內的一些區域也逐漸降到纖維飽和點之下,受拉應力的區域逐漸擴大,而內部在纖維飽和點以上的受壓應力作用的區域則逐漸減小。因此,表層單位麵積上的拉應力逐漸減小,而內部單位麵積上的壓應力逐漸增大,並達到較大值,但內層壓應力發展較慢。
c.幹燥中期,內外應力暫時平衡階段。該階段表層由於嚴重的拉伸塑化固定,產生受限幹縮,表層的梳齒長度比自由幹縮應該達到的尺寸長。由於其屬自由幹縮或因壓縮塑性變形而使其尺寸逐漸接近並暫時等於外層尺寸,這時木材中的內外層的應力暫時平衡。

d.幹燥後期,應力外壓內拉階段。該階段“濕線”繼續內移,木材橫斷麵上含水率梯度減緩,由於表層塑化固定已停止了幹縮,因而硬化的表層及纖維飽和點之上的心層牽製了中間層的收縮,使中間層產生拉應力、表層及心層產生壓應力,表層和中間層發生了應力轉變。繼續幹燥,“濕線”消失,即木材各部位含水率都降到纖維飽和點之下,此時內部各層都在表層牽製下產生受限幹縮,因而都受拉應力,表層迅速達到較大壓應力,內部拉應力亦相繼達到較大值。當該拉應力大於內部抗拉強度極限時,即產生裂紋。這也是幹燥後期易產生內裂的原因。由此可知,內裂主要由幹燥前期的嚴重塑化固定引起.

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