冻结状态下应力波在长白落叶松立木中传播速度的研究

为进行冬季活立木健康检测和伐后原木内部缺陷无损检测,该文在冻结状态下,研究了应力波在长白落叶松活立木中的传播速度,以及光照条件对含水率及应力波在活立木中传播速度的影响。在室外温度0℃以下,利用FAKOPP Microsecond Timer等仪器测试了应力波在30棵树干通直且无缺陷的长白落叶松活立木中的纵向和径向传播速度。经过软件包SPSS统计分析,得出阴阳两面应力波的纵向传播速度分别为4 238.7和4 210.6 m/s,径向传播速度均值为1 834.5 m/s。同时,利用成对t检验法分析了光照条件对含水率及应力波在活立木中纵向传播速度的影响,并建立了回归方程。结果表明:①光照条件对含水率和应力波纵向传播速度有一定的影响,阴面含水率均值比阳面含水率均值低约1.6%,阴面应力波纵向传播速度均值比阳面的高约28.1 m/s。②含水率与应力波纵向传播速度呈显著负相关,阴阳两面的负相关系数分别为0.90和0.91。含水率每增加1%,阴阳两面应力波的纵向传播速度分别减小25.1和 22.9 m/s。      

不同含水率下利用电阻与应力波断层成像定量检测木材腐朽

通过对不同含水率的山杨原木试件进行检测,分析了含水率对腐朽和健康木材电阻与应力波传播速度的影响,及其对2种检测技术误差率的影响.结果表明:(1)随着含水率的提高,原木试件健康和腐朽区域的电阻均先减小后趋于平稳,但相同含水率下,腐朽区域木材电阻低于健康木材;(2)采用电阻断层成像仪检测腐朽缺陷面积的误差率随含水率的提高有差异(最大误差率为37.83%,最小误差率为2.48%),含水率在36.13%~81.79%时误差较小,腐朽缺陷检测较接近真实值;(3)应力波传播速度随着木材含水率的提高先降低后趋于平稳.应力波二维图像检测腐朽缺陷面积的准确率随着含水率的变化也有差异,最大误差率为52.61%,最小误差率为17.78%,腐朽缺陷检测准确性比较高的含水率为20.23%~71.58%;(4)通过2种方法测试腐朽缺陷面积的对比研究,结果表明电阻断层成像的腐朽缺陷识别优于应力波二维图像.     

含水率对木材性能快速检测指标的影响

以落叶松为试验对象,初步分析了含水率对木材阻力检测值及应力波速度检测结果的影响。结果表明:木材阻力检测值与含水率呈负相关性,且含水率对其总样本的影响程度要大于独立样本;应力波速度检测结果随着含水率增加波动幅度不大,且含水率对其总样本的影响程度小于各独立样本;含水率对阻力值检测结果的影响比较明显,对应力波速度检测影响一般。     

树木内部应力波传播速度模型

为了提高应力波技术在活立木无损检测应用领域的可行性,分析了应力波在健康树木中的传播规律,并建立了应力波传播速度数学模型。针对银杏Ginkgo biloba等不同树种的健康树木进行了多组实验,并利用树木断层成像技术对提出的应力波传播速度模型进行验证。结果表明:在健康树木中,方向角θ与传播方向速度vT和径向速度vR比值之间的关系为vT/vR≈-0.2θ2+1,与所提出的理论模型吻合,方向角θ与应力波传播速度之间的线性回归模型拟合度较高,决定系数高于0.95。提出的应力波传播速度模型不受树种变化影响。     

粤东6种阔叶树木材密度及其影响因子研究

【目的】分析不同影响因子对木材密度的影响,为木材密度的良种选育和碳汇计量提供理论和数据支撑。【方法】在康禾自然保护区样地中,通过群落分析筛选出6个优势树种,测定其木材密度(包括生材密度和基本木材密度),通过多种统计软件分析不同树种、不同径阶和不同坡向对木材密度的影响,以及树木性状因子与木材密度的相关关系。【结果】木材密度在树种间的差异性极显著,生材密度、基本木材密度和含水率平均值最大的分别是米槠Castanopsis carlesii、红锥C.hystrix和米槠,其数值分别为1.10 g·cm~(-3)、0.53 g·cm~(-3)和122.84%。木材密度的径阶差异性分析结果显示,除了栲C.fargesii以外,其他树种的木材密度在径阶间变化并不显著。木材密度在坡向上的差异性分析结果表明,6个树种的木材密度在坡向间的差异均不显著。非参数相关分析结果表明,胸径、树高与生材密度的相关性强,而与基本木材密度的相关性弱。【结论】红锥含水率低,基本木材密度高,具备优质木材的条件。木材密度随着径阶的增加有上升的趋势,但在坡向上没有规律性变化。生材密度、基本木材密度与胸径、树高的关系并不一致,可能是因为生材密度受到含水率增加的影响。     

应力波检测香樟内部腐损程度定量分析

通过PiCUS Sonic Tomograph应力波检测仪对香樟进行检测,探明了香樟内部腐损程度与应力波传播速度的对应关系,结果表明,随着损伤及传播时间的增加,传播速度下降。木材受损度对应力波传播速度有显著影响。     

应力波在树木不同角度纵截面的传播速度模型

研究应力波在立木内部纵截面上的传播规律及影响因素,建立传播速度模型。以浙江农林大学植物园内4个树种共计40株树木作为实验样本,采用Arbor Sonic 3D应力波成像系统测量应力波在不同角度纵截面上各点间的传播速度。结果表明:同一截面上任意2点间的传播速度随方向角的增大而增大;不同纵截面上任意2点间的传播速度与所在纵截面与径切面的夹角相关。对健康样本试验数据的拟合结果为v(θ,α)/v0≈kx2+1(0≤k≤1),k值取决于被测树木的物理力学参数;所有建立的回归模型决定系数R2均大于0.93,表明具有较高的拟合优度。不同树种应力波速度各不相同。纵截面上应力波传播规律与方向角θ和α相关,θ决定速度大小,α决定速度变化,即决定拟合方程二次项系数k的大小。健康树木纵截面上θ,α和v(θ,α)/v0满足如下关系:f(θ,α)=1+{[vl-(-0.2α2+1)vR]/vl}·θ2。对不同树种的检测结果均表明了该模型的有效性,在木材无损检测方向具有重要实际应用价值。     

红松活立木内部腐朽程度的定量检测1）

在凉水实验林场（凉水国家级自然保护区）选取了21个红松活立木截面,用Arbotom应力波测试仪和Resistograph阻抗仪进行腐朽程度检测,得到两种检测方法的腐朽程度表征,即应力波传播速度与阻抗仪阻力曲线。用生长锥在各个横截面上分别取2根长度为25 cm的木芯,在实验室测得木芯质量损失率和含水率。然后利用最小二乘法分别建立应力波传播速度和阻抗仪阻力损失值与木材质量损失率的线性方程,进而分析应力波与阻抗仪检测表征与木材腐朽程度的关系。结果表明：应力波传播速度与质量损失率之间有较强的负相关关系（R＝0．698,P＜0．01）,且应力波检测结果需要根据影响因素进行适当修正。阻抗仪阻力损失值与质量损失率之间有显著的正相关关系（R＝0．851,P＜0．01）。两种方法都能有效地检测活立木的腐朽程度。     

落叶松板材常规干燥过程的动态机械吸附特性

为探索木材常规干燥机械吸附蠕变的动态发展模式,该文在实验室条件下对50 mm厚兴安落叶松板材进行常规干燥,用切片法测定了沿厚度方向的横纹弦向干缩应变、弹性应变、黏弹性应变的一维分布情况与变化趋势,并测定了不同尺寸规格及不同预处理工艺下木材试件的自由干缩变形。根据高聚物流变学理论与木材机械吸附蠕变理论,分析了干燥过程中木材厚度方向不同位置的机械吸附蠕变变形的变化规律及其主要影响因子,概括了木材表层与心层的机械吸附蠕变变形的典型发展模式。结论如下:可以采用线性函数与指数函数来分别描述含水率在低于20%和高于20%阶段的木材自由干缩率曲线,相关性较好;木材干燥机械吸附蠕变现象具有极大变异性,与干燥应力模式及应力发展间存在相互作用;在含水率低于特定温度对应下的纤维饱和点2%～4%时,木材表层的拉伸机械吸附蠕变应变与心层的压缩机械吸附蠕变应变均接近极大值;机械吸附蠕变在一定范围内的增大将有助于干燥应力松弛,机械吸附蠕变数值可作为木材干燥工艺调整的参考因子。      

三七种子的物理机械特性试验

测定了不同含水率的三七种子的三轴尺寸、密度、内摩擦角、休止角以及与不同材料间的静、动滑动摩擦角和漂浮速度。结果表明:三七种子长、宽、高范围分别为5.2~7.2 mm、4.8~6.8 mm和4.0~6.0 mm;平均直径为5.62 mm,球度为90.86%,近似球体;三七种子的密度随含水率的下降逐渐减小,且与含水率呈线性相关;种子内摩擦角、休止角、滑动摩擦角皆随含水率下降呈先减小,再增大,后减小的趋势;种子平均漂浮速度为5.77~8.96m/s,平均漂浮速度与种子含水率呈正相关。     

白蜡木干缩和湿胀性能的研究

白蜡木是一种坚硬有弹性的木材,可应用于制作家具、工具柄、运动器材等.本研究采用干燥及吸湿的方法对其干缩和湿胀性能进行分析,初步探讨了这种木材在3个方向的尺寸及体积上随着木材含水率的变化而变化的特性,并且将这个特性与其他树种进行比较.结果表明,白蜡树的基本密度是0.73 g.cm-3,其干缩和湿胀性表现为:弦向>径向>纵向,当白蜡树木材的含水率小于FSP时,其干缩和湿胀性能非常明显,而当其含水率大于FSP时,其干缩和湿胀性趋于0.当木材含水率小于FSP时,在相同的含水率下,白蜡树木材比白松有更大的干缩和湿胀性.     

腐朽对山杨木材吸水性和电阻的影响

以山杨木材试件为研究对象,研究在健康状态和腐朽状态下木材电阻和含水率的关系、木材腐朽前后绝干质量、含水率、电阻的变化及关系。结果表明,腐朽木材电阻受含水率的影响规律与健康木材相似,即随着含水率升高木材电阻下降;纤维饱和点以上相同含水率下,健康木材的电阻远远高于腐朽木材电阻,而木材腐朽后吸水性增强含水率升高使得电阻进一步降低,木材腐朽之后电阻明显减小;腐朽后木材电阻与健康木材电阻和增水率整体显著相关,木材减阻率与其失重率和增水率间具较强的二元线性关系。     

落叶松和樟子松木材基本密度的变异及早期选择

以黑龙江省七台河市林业局金沙林场落叶松和樟子松人工成熟林为研究对象,在树干基部、树干1.3m处以及树高的20%、40%、60%和80%处截取5cm厚的圆盘各1个。在每个圆盘南向通过髓心锯下一个楔形木块,将每个楔形木块沿径向切割成相等的8段,测量其宽度和年轮数,并用排水法测定各样品的基本密度。采用方差分析、多重比较、相关分析和回归分析等方法,研究了落叶松和樟子松木材基本密度的株内变异、株间变异、径向变异、沿树干方向的变异以及年轮组间的相关性。结果表明:落叶松和樟子松单株树木内木材基本密度存在变异,在树干不同高度处存在显著的株间变异和径向变异。落叶松树干基本密度在纵向呈现逐渐递减趋势,而樟子松呈现的密度变化趋势是先减小,约在树干高度的20%处之后又开始增加。年轮组间基本密度相关性分析表明:落叶松可在早期时淘汰生长较差的林木,约在5～10年时可基于木材基本密度对林木进行选择;而樟子松木材基本密度早期选择是可行的。     

干燥过程中树盘含水率的在线检测

为实现干燥过程中树盘含水率的在线精准检测,分析了环境温度对电阻应变式称质量装置测量精度的影响规律,获得了利用环境温度和电测质量计算精准质量的二元回归方程,并用其将树盘的电测质量校正为精准质量。用树盘绝干质量、干燥过程中在线测算的精准质量计算含水率实际值,对HYD-B型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、位置及材温补偿和介质温度补偿对含水率仪测量精度的影响规律,确定适宜的探针深度和间距,得到了适宜探针深度、间距下含水率测值的修正公式。结果显示:称质量装置测量精度的二元回归校正方程的相关系数达0.99;纤维饱和点以下,探针插入木材深度距离上表面为木材厚度的1/2~2/3、间距30 mm时,含水率仪检测精度高;材温补偿和介质温度补偿对检测精度影响不大,可用方便的介质温度补偿代替材温补偿。     

不同含水率状态下木材细胞壁孔径分布变化

  目的  探究由水分所引发的木材细胞壁孔隙结构变化规律与机制,为木材的热质转移、渗透性以及木材改性提供理论指导。  方法  将杨木和杉木分别制成5 mm（径向） × 5 mm（弦向） × 1 mm（轴向）的木片,基于氮气吸附法、差示扫描热孔计法考察试样在绝干状态、气干状态、纤维饱和状态和饱水状态4种典型水分状态下的孔径分布、比表面积、孔体积等特征参数,并对比不同状态和不同树种间的孔隙结构差异。  结果  木材细胞壁孔径大多在10 nm以下,尤其以4 nm以下为主,10 nm以上孔隙相对较少;随着含水率的提升,木材细胞壁孔径分布曲线显著升高,从气干状态到纤维饱和状态,杨木和杉木的孔径分布最大值分别增加了52.73%和58.62%,而从纤维饱和状态到饱水状态,两者分别增加了435.24%和470.43%。  结论  在木材由绝干状态逐渐吸湿,以及吸水至饱水状态的过程中,木材细胞壁孔隙体积呈明显增大趋势。在木材达到饱水状态后,细胞壁孔隙体积增大至极限,但由于自由水的冰点下降,其在?2 ℃左右产生大量吸热信号进而干扰测量结果,故此时差示扫描热孔计法所测得的孔径分布参考范围有限。不同树种间孔隙分布差异不明显。      

负压场中木材平衡含水率的探索

为了初步探明负压场中木材平衡含水率如何受相对湿度、温度和绝对压力的影响,以俄罗斯产落叶松(Larix gmelinii Rupr.)小试件为试验对象,采用称重法测量真空罐内相对湿度40%~90%、温度45~70℃、绝对压力30~70kPa范围内木材的平衡含水率。在此基础上分析相对湿度、温度和绝对压力对木材平衡含水率的影响。结果表明：相对湿度从40%升高到90%,平衡含水率从6.13%增大到13.18%(50 kPa, 60℃);温度从45℃升高到70℃,平衡含水率从16.60%降低到8.40%(70%, 50 kPa);绝对压力从30 kPa提高到70 kPa,平衡含水率从6.66%减小到6.02%(50%, 70℃)。因此,负压场中木材平衡含水率随相对湿度升高而增大,随温度、绝对压力的升高而减小。     

顶果木树皮率、心材率及木材密度研究

对顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)的生材密度、含水率、树皮率及心材率进行测定分析。结果表明,顶果木的生材密度从髓心向外呈逐渐增加的趋势,随着树高的增加,生材密度变化较为波动,但基本上呈现先增大后减小再增大的趋势,其平均值为1.170 g·cm^-3。基本密度从髓心向外逐渐增大,随着树高增加,呈先减小后增大再减小的趋势,其平均值为0.520 g·cm^-3。生材含水率从髓心向外呈减少的趋势,随着树高的增加,呈先增大后减小再增大的趋势,其平均值为128.4%。树皮体积百分率及质量百分率均随着树高的增加而增加,其平均值分别为10.2%、11.8%。心材率随着树高的增加而减少,其平均值为23.3%。     

木束高温干燥过程中的热质传递模型

描述了用杉木Cunninghamia lanceolata制造杉木积成材的原料单元——杉木木束的高温对流干燥热质传递模型。建立了模型以纤维饱和点为界的木束内部水分迁移和热量迁移的数学方程。通过杉木木束高温干燥实验对模型的准确性和可行性进行验证。结果表明：数学模拟结果和试验实际测定结果相吻合,木束温度实测值与模拟值之间的相关系数的平方为0．97～0．98,木束含水率的相关系数的平方为0．96～0．99。用该模型来模拟木束的高温干燥过程具有较高的精度。图1参9     

木粉/落叶松栲胶复合模压成板工艺

以木粉为原料,添加适量落叶松栲胶,在不使用合成胶黏剂的情况下,采用高压热处理的方法促成木粉在模具中胶结成板；经正交试验,分析原料木粉目数、木粉与栲胶配比、热压温度、热压时间对成板性能的影响。结果表明：在热压压力为100 MPa、原料含水率为8%、成板密度为1．183g/cm~3的情况下,当热压温度为200℃、热压时间为12 min、木粉目数为140目以上、木粉与栲胶配比为2：1时成板性能较好。