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國(guó)內(nèi)外木材干燥應(yīng)力研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
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李大綱
摘 要：木材干燥應(yīng)力是木材產(chǎn)生開裂、翹曲和皺縮的主要因素，研究木材干燥應(yīng)力是探索木材干燥機(jī)理、制定合理木材干燥工藝、保證干燥質(zhì)量的重要參數(shù)和依據(jù)。本文綜述了國(guó)內(nèi)外木材干燥應(yīng)力研究現(xiàn)狀、測(cè)試方法及發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：木材干燥 干燥應(yīng)力 測(cè)定
1 木材干燥應(yīng)力的研究背景
木材干燥應(yīng)力是探索木材干燥機(jī)理，制定合理木材干燥工藝基準(zhǔn)，保證干燥質(zhì)量的重要參數(shù)和依據(jù)。因此木材干燥應(yīng)力的研究是木材干燥工作中的重大課題之一，在木材干燥工作中占有重要地位。自30年代以來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者致力于這一課題的研究，至今人們對(duì)木材干燥應(yīng)力的廣泛研究，出現(xiàn)了不少關(guān)于木材干燥應(yīng)力的理論和測(cè)試方法。木材干燥應(yīng)力是造成木材開裂翹曲和皺縮的主要原因，通過對(duì)干燥應(yīng)力的研究不但能進(jìn)一步揭示木材干燥中的物理本質(zhì)，豐富木材干燥理論，而且可為制定木材干燥基準(zhǔn)，制定消除木材干燥應(yīng)力的技術(shù)措施提供依據(jù)。
我們知道，木材干燥過程中存在含水率干燥應(yīng)力，干燥結(jié)束后存在殘余干燥應(yīng)力。應(yīng)力產(chǎn)生的原因是由于干燥中的含水率梯度和木材的各向異性引起的，因此在討論木材含水率時(shí)應(yīng)同時(shí)分析木材應(yīng)力的變化。
2 國(guó)外關(guān)于木材干燥應(yīng)力的研究現(xiàn)狀
木材干燥應(yīng)力是產(chǎn)生木材干燥缺陷的主要因素，因此成為研究和制定木材干燥工藝基準(zhǔn)一個(gè)主要參數(shù)和依據(jù)。自三十年代以來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者致力于這一課題的研究，使得木材干燥應(yīng)力的理論和方法不斷完善和發(fā)展。Tokumoto Morihiko（1989）在對(duì)山毛櫸干燥中的表面硬化和殘余變形進(jìn)行研究后指出，在干燥初期木材表層處于拉伸變形狀態(tài)，內(nèi)層處于壓縮變形狀態(tài)；并用小樣試驗(yàn)進(jìn)行了拉伸蠕變與干燥速度的相關(guān)分析。西尾茂（1981）提出用瓦彎法測(cè)定木材干燥應(yīng)力方法。Nobuo Sobue（1985）用小樣拉伸斷裂試驗(yàn)方法研究了干燥中木材斷裂韌性系數(shù)后認(rèn)為，隨著干燥的進(jìn)行，下降，下降的原因是在干燥中試件表面附近產(chǎn)生干燥應(yīng)力使靠裂紋部分的應(yīng)力集中增大。Takanori Arima（1979）對(duì)木材進(jìn)行小樣拉伸和彎曲蠕變?cè)囼?yàn)后，指出干燥過程中的蠕變比水分平衡時(shí)蠕變大，干燥溫度和干燥速度對(duì)蠕變影響大，蠕變的大部分為殘余變形。Shuichi Kawai（1979）用數(shù)值方法研究了含水率梯度與形成干燥應(yīng)力的關(guān)系后，指出干燥應(yīng)力的大小取決于干燥期間表面含水率梯度對(duì)干燥全過程干燥應(yīng)力的影響。Tang（1975）根據(jù)木材收縮各向異性的原理，指出了弦高法（瓦彎法）測(cè)定木材干燥的數(shù)學(xué)模型。Zuoxin Wang（1994）在利用木材收縮各向異性原理的基礎(chǔ)上采用單邊涂層迫使木材產(chǎn)生彎曲的方法研究了預(yù)蒸對(duì)干燥應(yīng)力的影響。Salin（1994）提出了分析機(jī)械吸附蠕變的新模型，并提出在研究干燥應(yīng)力時(shí)應(yīng)將機(jī)械吸附蠕變考慮到模型中。Moren（1993）對(duì)Scots松進(jìn)行了木材表面3mm的厚薄片應(yīng)變分析，結(jié)果表明，表面薄層分析技術(shù)可以成功地分析橫紋干燥應(yīng)力，也表明機(jī)械吸附是引起表面硬化的主要原因。純粘彈性蠕變對(duì)板子外層總?cè)渥兊挠绊懖恢匾静牡臒釢窨諝庵懈稍飼?huì)產(chǎn)生表面硬化，是由于在干燥初期木材表層產(chǎn)生拉伸變形。干燥過程中表現(xiàn)出來的蠕變與溫度水平，應(yīng)力和含水率變化有關(guān)，這種與水分吸附有關(guān)的蠕變現(xiàn)象，稱為機(jī)械吸附蠕變。Rice（1990）對(duì)紅櫟干燥早期彈性變形，機(jī)械吸附蠕變和粘彈性蠕變變形與含水率和應(yīng)力水平的關(guān)系進(jìn)行研究后，認(rèn)為彈性蠕變和粘彈性蠕變很小并且是載荷的函數(shù)，機(jī)械吸附蠕變是彈性蠕變和粘彈性蠕變的20倍。蠕變的大小是含水率的線性函數(shù)，并隨含水率增加而減少。
3 國(guó)內(nèi)外關(guān)于木材干燥應(yīng)力的研究現(xiàn)狀
李維拮（1983）在木材彈性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用熱彈性理論指導(dǎo)了干燥應(yīng)力結(jié)構(gòu)方程和平面應(yīng)力問題的有限元計(jì)算公式，采用切片法測(cè)定了木材的彈性應(yīng)力，分析干燥初期木材內(nèi)部的應(yīng)力和變形后認(rèn)為，木材在干燥初期主要表現(xiàn)為線彈性材料，在干燥初期是木材發(fā)生開裂的危險(xiǎn)期，而在這一期間木材表現(xiàn)出彈性體。到干燥中期，木材內(nèi)部的粘性流動(dòng)已成為變形的主要形式，木材表現(xiàn)為粘彈性材料。周寶華（1982）按照前蘇聯(lián)學(xué)者烏戈列夫的試驗(yàn)方法，根據(jù)在彈性范圍內(nèi)，木材的應(yīng)力與應(yīng)變成正比的原理，對(duì)紅松、水曲柳、落葉松和色木等木材進(jìn)行了木材在干燥過程中和終了處理過程中全應(yīng)力及窯干后剩余應(yīng)力的定量研究，初步探索出木材在窯干過程中內(nèi)應(yīng)力發(fā)展和變化的規(guī)律。劉應(yīng)安（1991）提出用圓弧法測(cè)定木材的干燥應(yīng)力，通過測(cè)定切片的外層弦長(zhǎng)和厚度來計(jì)算木材的彈性干燥應(yīng)力。廖元強(qiáng)（1991）提出用應(yīng)力指數(shù)即試樣彎曲變形量除以弦長(zhǎng)測(cè)定干燥應(yīng)力的方法，認(rèn)為木材干燥過程中一旦外層含水率降到FSP以下，即橫斷面
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