智能化木材含水率自动测试系统的开发

介绍智能化木材含水率测试系统的电路设计、硬件构成和工作流程,提出采用动态补偿方法,可消除由零点漂移、温度漂移等引起的测量误差.经验证,在纤维饱和点以上时,含水率自动测试系统的平均误差小于4%;在纤维饱和点以下时,误差小于2%,尤其在终含水率(14%～9%)范围内误差小于1%.     

含水率对竹胶合板力学性能的影响及纤维饱和点测定

通过设置含水率8%～60%均匀分布的胶合板,研究了七层等厚正交结构竹胶合板静曲强度和弹性模量受含水率影响的变化规律,采用Boltzmann曲线拟合和一元线性回归分析方法建立了数学模型,得出了竹胶合板力学性能转折点的纤维饱和点含水率平均值为21.72%。结果表明:胶合板含水率从8%增加到纤维饱和点时,静曲强度和弹性模量降幅50%左右,竹胶合板含水率达到纤维饱和点以后,随着含水率的增加胶合板力学性能保持稳定,与竹材本身的力学性能随含水率的变化趋势一致。     

马尾松木材在高温干燥中的水分扩散性

对马尾松木材在高温干燥过程中的水分非稳态扩散进行了研究 ,结果表明当含水率高于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的降低而增加 ;当含水率低于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的下降而减少。马尾松木材的径向扩散系数大于弦向扩散系数。随着温度的升高和相对湿度的降低 ,木材的横向水分扩散系数增大     

樟子松木材高温干燥过程中水分的非稳态扩散和干燥能耗的研究

为更加高效广泛地利用樟子松材,对不同初含水率(IMC)的木材进行高温干燥试验。探究相同厚度下不同初含水率木材高温干燥能耗。并依据非稳态扩散理论,在一定的实验条件下探讨不同初含水率对水分径向扩散系数的影响。结果表明:初含水率越高,扩散系数越大,在纤维饱和点附近达到最大值。当含水率在纤维饱和点以下时,水分扩散系数随着初含水率的增加而增大;而当木材含水率在纤维饱和点以上时,其扩散系数基本保持恒定。樟子松材高温干燥过程中,干燥时间越长,能耗越大;不同初含水率试件干燥结束时的能耗不同,初含水率越高,高温干燥过程用时越长,能耗越大。木材干燥过程中依据含水率的差异进行分级干燥可以达到节能的目的。     

竹材介电性质研究

研究了毛竹不同部位、竹龄、纹理、含水率和测试频率对介电常数和介质损耗角的影响.结果表明:在纤维饱和点以下,介电常数随着含水率的增大而增加缓慢,在纤维饱和点附近,介电常数随着含水率的增加而急剧增加,高于纤维饱和点后,介电常数和含水率成近似线性关系；纵向介电常数大于径向和弦向介电常数,径向介电常数和弦向介电常数间差异不显著；频率低于6kHz时,介电常数随着着频率的增大减小明显,频率高于6kHz后,介电常数随着频率的增加变化缓慢；竹龄、部位因素对竹材介电性能的影响规律不显著.     

木材虫害及其预防

昆虫种类很多,食性复杂.木材害虫,主要为食材性昆虫(或称食木性昆虫)和食菌性昆虫. 树木采伐后到制材加工过程中,木材含水率不同,蛀入木材中产卵的害虫也不一样.通常以木材的纤维饱和点(含水率为30%)为界限,蛀入含水率高于木材纤维饱和点的原木或锯材中产卵的害虫,称为湿材害虫;蛀入含水率低于木材纤维饱和点的干木材或半干木材中产卵的害虫,称为干材害虫.但有些害虫既危害湿材,也危害干材,如危害橡木(栎类)的害虫主要为蠹虫类(甲虫),如粉蠹虫、小蠹虫,长小蠹虫、长蠹虫等,既有湿材害虫,也有干材害虫.     

高频加热对竹方材软化温度的影响

采用高频加热的方法对竹方材进行软化处理,主要研究了不同竹方厚度、含水率、高频电压、加热工艺对竹方材软化温度的影响,研究结果表明:随极板间距增加,竹方材加热到软化温度70℃的时间逐渐延长,极板间距每增加20 mm,到达软化温度时间就要增加近60 min;竹方材含水率接近纤维饱和点时软化升温速度最快,纤维饱和点以上时软化升温速度高于纤维饱和点以下时,同时含水率过高,两极板容易被击穿,但是高含水率竹方材加热均匀;高频电压越大,竹方材升温越快;在低压半压时,竹方材各点温度达到40-50℃,温度不再升高;间歇式加热2(加热2 min,停止1 min)平均温度高于间歇式加热1(加热1 min,停止1 min)3.9℃·min-1。     

马尾松微波间歇干燥对干燥效率与速率的影响

分析马尾松木材微波干燥速率随时间的变化规律,比较微波连续辐射和间歇辐射对木材干燥速率和微波能利用效率的影响.结果表明:木材微波干燥过程可以分成加速段、恒速段和减速段3个阶段;在微波干燥过程中,木材含水率在纤维饱和点以上时,其平均干燥速率和水分蒸发效率比在纤维饱和点以下时的高;采用适当间歇辐射对木材输入微波能,微波能利用率较高.     

冷冻预处理对樟子松微波膨化程度及均匀性的影响

采用MATLAB图像处理方法,研究含水率、冷冻时间和冷冻温度对樟子松冷冻预处理后微波膨化程度及均匀性的影响。结果表明:试材含水率20%时膨化效果较好,含水率在纤维饱和点以上时,在一定范围内,提高含水率可增大膨化程度,但膨化均匀性较差;冷冻时间延长能够提高膨化程度,对膨化均匀性影响不显著,以冷冻36 h时的膨化效果较好;冷冻温度降低可提高膨化程度,但温度过低使膨化均匀性变差,以–20℃冷冻时的膨化效果较好。     

轻木木材吸声性能的研究

以世界上密度最小的轻木为研究对象,采用基于传递函数法理论的阻抗管研究轻木木材吸声性能与纹理方向、材料厚度、含水率、背后空气层厚度的关系。结果表明:轻木木材的横切面吸声性能最好;在一定范围内增加材料的厚度,吸声性能增大;纤维饱和点以下时轻木木材的吸声性能远大于纤维饱和点以上;增加材料背后空气层厚度,吸收峰往低频方向移动。     

含水率对铣削木粉尘质量浓度和粒径分布的影响

木材加工产生的木粉尘严重影响从业人员的健康与环境。为有效解决这一问题,以辐射松和红橡为研究对象,对5%、10%、35%三种含水率木材铣削过程中产生的细小粉尘质量浓度与沉降性粉尘进行监测,研究含水率对粉尘质量浓度分布、粒形粒径的影响。研究表明:两种木材在铣削过程中产生的粉尘粒径大多小于100μm;含水率对两种木材粉尘颗粒形态均无明显影响;纤维饱和点范围内,两种木材的粉尘质量浓度与含水率呈负相关,粉尘中值粒径与含水率呈正相关。在工艺条件允许的情况下,适当提高含水率,可以降低粉尘质量浓度、减小粉尘粒径,从而实现降尘的目的。研究结论可为后续除尘设备的设计与安装提供一定的理论依据。     

木材的低温膨胀与冷冻收缩

当木材细胞腔中的水分(自由水)、蒸发完毕,而细胞壁中的水分(吸附水)达到饱和状态时木材的含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点是木材材性的转折点,并因树种不同和温度的改变而变化。当湿木材由室温冷至水的冰点时,木材的纤维饱和点m_f增高,导致木材膨胀。其原因是,木材细胞壁中水的蒸汽压p随着温度的降低比液态水的饱和蒸汽压p。的降低来得迅速,即p相似文献   

竹材热压干燥过程中的水分扩散研究

采用非稳态法测定龙竹竹材热压干燥过程中的水分扩散系数,并探讨了温度对水分扩散系数的影响.结果表明:干燥温度越高,干燥各阶段水分扩散系数及平均水分扩散系数也越大;初始高含水率阶段,随含水率逐渐降低,水分扩散系数呈逐步增加趋势,在纤维饱和点附近时达最大值;随后,随含水率逐渐降低呈逐步减少趋势.     

毛竹纤维饱和点随竹龄的变化规律

竹材的纤维饱和点对于竹材的加工利用具有重要指导意义。以毛竹为研究对象,采用力学法和水分吸着等温线法对毛竹纤维饱和点及其随竹龄的变化规律进行了系统研究。结果表明,两种方法所得的纤维饱和点不同,顺纹抗压强度法0.5龄为36.12%;1.5～4.5龄为(24.49±0.78)%,水分吸着等温线法0.5龄为24.51%;1.5～4.5龄为(18.38±0.42)%;两种方法测得纤维饱和点的绝对数值虽然存在一定差异,但随竹龄的变化规律相同,即从0.5龄到1.5龄降幅明显,大于1.5龄后趋于稳定。     

基于LFNMR的木材干燥过程中水分状态变化

【目的】基于低场核磁共振技术考察木材干燥过程中水分的横向弛豫特性,以阐释干燥时木材中水分状态的变化机制,为木材干燥及水分处理提供理论依据及数据支持。【方法】以20 mm(L)×5 mm(R)×5 mm(T)的南方松为试验材料,采用两步法将试材从饱水状态干燥至约5%含水率,通过定期测定含水率和横向弛豫时间,分析木材干燥时内部水分状态变化及迁移情况,探究自由水与吸着水的分界及其与纤维饱和点的关系。【结果】1)饱水试材存在2个明显的弛豫峰和1个峰肩,三者的横向弛豫时间为67.65、1.24和11~13 ms,分别对应着细胞腔中的自由水、细胞壁中的吸着水和微毛细管系统中的毛细管水。2)木材干燥初期,自由水含水率不断下降,在总含水率为20%左右时,自由水才蒸发殆尽;吸着水含量在木材干燥至40%总含水率时基本保持不变,当总含水率降到40%以下时,吸着水即开始解吸。3)随着干燥过程的进行,自由水的横向弛豫时间随含水率的降低而不断减小;而多、单分子层吸着水的横向弛豫时间则以6%左右的含水率为界分别表现出轻微下降和显著下降的不同趋势。【结论】1)木材中主要存在3种类型的水分,分别为自由水、吸着水和毛细管水。2)平均含水率在传统定义的纤维饱和点(30%)以下时自由水仍然存在,这主要是由于干燥过程中木材内部水分分布不均造成的,且在40%~20%含水率范围内,木材表层发生吸着水解吸的同时其芯层仍有自由水的排除。3)随着干燥过程的进行,自由水、吸着水弛豫峰的顶点位置持续左移,揭示2种水分的平均横向弛豫时间不断减小,即在干燥过程中,木材对残余水分的束缚逐渐增强,干燥难度也随之增加。     

杉木表层密化及其变形固定处理技术──杉木表层染料水溶液渗透规律及其径向压缩变形特性

为了改善杉木木材表层质软、强度低、耐磨性差等力学性能及其视觉特性,通过在不同温度和压力条件下,对绝干、气干、纤维饱和点和饱水状态的杉木表层染料水溶液渗透规律,应力－应变曲线,以及杉木细胞形态变形的电镜观察,确定了杉木表层软化处理工艺中染料水溶液渗透的最适条件,探讨了不同含水率状态下杉木表层径向压缩特性。结果表明：１）温度９０℃,常压－减压交替循环,试材含水率在气干与纤维饱和点之间时,是染料水溶液渗透的最适条件;２）径向压缩大变形区域Ⅱ是杉木早材部分变形的堆积;３）与２０℃,９０℃饱水状态杉木试材相反,气干状态试材在卸载时不发生瞬间变形恢复现象。     

温度和含水率对红松木材中应力波传播速度的影响

为分析应力波在木材中传播的影响因素,研究应力波传播规律,在实验室内,采用Arbotom应力波测试仪测试60个红松无疵小试件在不同含水率(从绝干到饱湿)和不同温度(-30,-20,-10,-5,0,5和20℃)下的应力波传播速度。在此基础上,分别分析应力波传播速度随含水率或温度变化的规律,探讨导致应力波传播速度变化的原因,并建立三者之间的回归模型。结果表明:含水率和温度是影响木材中应力波传播速度的2个重要因素。应力波传播速度随含水率增加或温度升高均呈逐渐下降趋势。在含水率32%(纤维饱和点附近)以下,传播速度随含水率增加下降幅度较大,反之则较小;当含水率低于50%时,传播速度随温度升高呈线性下降趋势;当含水率高于50%时,传播速度在0℃上下有一明显的跳跃。含水率、温度与应力波传播速度之间的二元线性回归模型拟合优度较高,决定系数R2均高于0.95。     

水分对木质工字梁翼缘/腹板接口性能的影响研究

为研究水分对木质工字梁(IB)翼缘/腹板接口力学性能及尺寸稳定性的影响,通过单因素试验,检测不同含水率下IB翼缘/腹板接口的垂向承载能力、胶合性能、以及抗劈裂性能。结果表明,IB的综合性纤维饱和点只有25%左右;含水率从8.9%提高到25%的接口的承压能力下降了47.2%,含水率从25%提高到53%的接口的承压能力仅下降了0.6%;水分对IB翼缘和腹板尺寸变化的影响是水分影响接口承载能力的间接因素;吸湿后接口的承载能力并不能恢复到吸湿前的初始水平;解吸至8.9%含水率的IB接口的承载能力比吸湿前同等含水率的IB接口低了17.8%。     

江西南昌典型林分地表死可燃物含水率预测——方法优选与FWI适用性分析

亚热带针阔混交林是我国南方重要的植被类型,森林火灾发生次数多。对该植被类型的典型可燃物含水率将有助于提高火险预报的准确性。以位于该区域内的南昌市茶园山林场5种典型林分地表死可燃物为研究对象,通过对其含水率的连续观测,分析了死可燃物含水率与气象因子的关系。采用气象要素、FWI因子和两者的结果,区分不同含水率范围,分别建立的各可燃物3种预测模型。结果表明:研究地区防火期内可燃物含水率从11.8%到276.6%,只有1/4的时间低于35%,具备发生森林火灾的条件,其余的时间燃烧性都很低,平均火险不高。但最小含水率已低到10%左右,具备发生大火的潜在可能性。3种预测方法中,FWI模型误差最大,气象要素回归模型和混合模型误差相似,考虑到简单方便,该地区的含水率预测可以采用气象要素回归法。含水率小于35%时,模型MAE 2.25%~4.67%,平均3.73%;MRE 11.14%~23.73%,平均18.63%。含水率35%时,模型MAE 6.34%~18.33%,平均8.63%;MRE 10.49%~18.16%,平均14.43%。在全范围含水率时,模型MAE 7.46%~16.43%,平均10.51%;MRE 18.78%~23.64%,平均20.99%。FWI指标与研究地区可燃物含水率关系密切,也可以用于含水率预测和火险预报,如果考虑全国统一的预报模型,对于该地区,FWI系统是适用的,但为提高预测的准确性,应进行进一步的修正。     

季节和降雨对细小可燃物含水率预测模型精度的影响

观察大兴安岭盘古地区的典型林分樟子松、白桦、兴安落叶松林的地表细小死可燃物含水率随不同季节变化的动态变化,应用气象要素回归法,分别使用无降雨数据、无降雨和有降雨混合数据及降雨数据,分春季、秋季和混合季节,建立了该地区森林地表可燃物含水率的统计预测模型,并研究了季节以及降雨对该类模型精度的影响。结果表明:季节和降雨对模型精度具有显著的影响,对于3种林型整体而言,混合模型的误差最大,可高达30%以上;秋季误差小于混合模型,大于春季预测模型;春季含水率预测模型精度最高,误差小于10%。无降雨模型预测效果最好,模型误差控制在3%以内,有降雨时段误差也可超过30%。如果采用区分季节和降雨时段建立可燃物含水率预测模型,据此做出的森林火险等级预报不会产生实质的影响,有助于提高火险等级预报的准确性。