杉木胶合木湿应力研究

为揭示环境湿度变化引起的木材含水率非均匀性分布对胶合木构件内部湿应力的影响规律,从材料层面测试了变湿度条件下290个国产杉木木材的平衡含水率,以及横纹径向和横纹弦向干缩性、湿胀性、水分扩散系数、抗拉强度和弹性模量等物理力学性能参数,并从理论层面利用有限元模拟分析周期性变湿度条件下层板厚度对杉木胶合木湿应力的影响。研究结果表明:利用Nelson方程能够较好地拟合变湿度中杉木的平衡含水率;杉木横纹径向干缩和湿胀性均小于横纹弦向,横纹径向水分扩散系数、抗拉强度和弹性模量均高于横纹弦向,这决定于横纹径向排列的木射线以及管胞径面壁上大量纹孔导致的实质物质减少的微观构造;减小层板厚度有助于降低胶合木湿应力,当层板厚度由40 mm降至20 mm时,构件内部最大湿应力降低19.32%,但其最大值仍高于木材横纹抗拉强度,湿应力的降低程度不足以避免构件的横纹开裂;木结构工程设计和应用中必须考虑其他有效的方法减小湿应力以避免木材横纹开裂。     

杉木和I-72杨人工林木材干缩性质的研究

通过对杉木和I-72杨人工林木材南北向、不同高度位置、不同径向位置横向干缩(弦、径向)的测量,研究上述3个因素对2种木材横向干缩(弦、径向)的影响规律。结果表明:南北向的不同对杉木和I-72杨人工林木材的干缩均无显著影响;高度位置的不同对杉木和I-72杨木的弦向干缩均有显著影响,而对径向干缩则无显著影响;径向位置的不同对杉木和I-72杨人工林木材的径、弦向干缩均有极显著影响:从树皮到髓心,木材径、弦向干缩逐渐减小,与其基本密度的变化趋势一致。     

人工林杨木和杉木的干燥特性与干燥工艺

研究了人工林杨木和杉木的干燥特性和干燥工艺．并对连续式干燥基准与传统的阶段式干燥基准进行了对比。结果显示，人工林杨木和杉木均属较易干燥的树种，在百度试验中主要发生的是端裂、端表裂以及表裂，无内裂发生，但截面变形较为严重，木材窑干后主要缺陷也是翘弯等变形。采用连续式干燥基准干燥的杨木、杉木，其干燥应力及干燥缺陷都比阶段式干燥基准少。     

ESWood复合木材料物理力学性能试验研究

为了解ESWood复合木作为结构用材的物理力学性能,对其进行木材物理力学性能试验并对各项性能进行评价。结果表明:ESWood复合木密度为0.725 g/cm~3、含水率为18.5%,顺纹销槽承压强度30.73 MPa、横纹销槽承压强度18.29 MPa,试验结果准确指数均在5%以下。顺纹抗拉强度71.61 MPa、顺纹抗压强度53.05 MPa、横纹全部抗压强度7.91 MPa、横纹部分抗压强度12.29 MPa、横纹抗拉强度1.53 MPa,试验结果准确指数均在10%以下。通过与木结构设计规范中TB13等级材料设计强度对比,可知ESWood复合木的木材性能及连接性能良好。     

基于响应曲面优化法的木材高强微波预处理工艺

以速生人工林 I－69杨为研究对象，利用自主研制的木材高强度微波改性预处理设备，采用响应曲面优化法研究木材初始含水率、微波辐射功率和辐射时间对木材渗透性的影响规律，获得优化的杨木微波预处理条件，并揭示高强微波预处理对杨木微观构造的影响。结果表明：1)高强微波预处理能显著提高杨木横向渗透性；2)随着木材初始含水率增加，杨木渗透性呈先增加后减小的趋势，随着微波辐射功率和辐射时间的增加，杨木渗透性整体呈现增加趋势；3)通过高强微波预处理，可使杨木的24 h常压吸水增重量增加约50%，较优的木材初始含水率、微波辐射功率和辐射时间控制区间分别为25%～65%，10～20 kW，60～90 s；4)优化的杨木高强微波预处理条件为：初含水率56%、辐射功率19 kW、辐射时间89 s；5)高强微波预处理可以破坏木材纹孔膜、木射线薄壁细胞等结构，形成新的流体通道，为后期功能体材料的导入和高附加值功能型木质复合材料的制备创造条件。     

杨木不同纹理方向介电特性初步探究

对杨木在室温下不同纹理方向、不同含水率及不同频率下的介电特性进行了测量。结果显示,杨木顺纹方向介电特性比横纹方向更为明显,介电常数和损耗因子都随含水率的增加而增大,且当含水率在0~5%时,木材介电常数随含水率的提高而增加得较为缓慢,介电常数随频率的增大逐渐变小,而介电损耗随频率增大而加大。研究结果为杨木高频加热、干燥及人造板胶合等工艺提供了理论依据。     

高湿状态下单板层积材的横纹承压性能

重组加工是提高低强度木材结构性能的重要手段,以杨木重组加工的单板层积材为研究对象,从受力方式、承压方向及增强方法等方面研究了高湿状态下单板层积材的全表面、局部表面及尽端局部表面横纹承压性能。结果表明：湿环境对杨木单板层积材横纹承压性能影响较大,湿环境下其全表面横纹承压性能为干环境下的33%;杨木单板层积材横纹承压性能主要与其承压位置与承压方向有关,局部横纹承压时受到承压面周围木材纤维的支持作用显著,承压面平行于单板层时其局部承压强度最高,在干燥环境下,分别是尽端局部及全表面横纹承压强度的1.2倍和1.4倍。单板层积材结构是导致不同承压方向横纹承压性能差异的主要原因,承压面垂直于单板层时,单板层积材易过早发生分层或屈曲破坏。湿环境下单板层积材含水率较高材质较软,自攻螺钉支持作用明显,有助于改善其承压性能。杨木单板层积材横纹承压强度对环境湿度较为敏感,在工程应用时应保持环境干燥并使承压面平行于单板层。     

杨木和杉木木材表面性质的研究

以人工林杨木和杉木木材为研究对象 ,对其表面自由能、表面极性和表面化学官能团等木材表面特征因子进行测定 ,并探讨不同温度处理条件下木材表面特性的变化机理。研究结果表明 :杉木比杨木有较高的总表面自由能 (42 35mN·m- 1 对 38 93mN·m- 1 )和非极性表面自由能 (41 6 1mN·m- 1 对 35 5 2mN·m- 1 ) ,而杨木的极性表面自由能比杉木要高 (3 4 1mN·m- 1 对 0 74mN·m- 1 )。杨木和杉木木材经过不同温度处理后 ,其总表面自由能和非极性表面自由能都随着处理温度的升高而下降 ,而极性自由能则有不同程度的升高。产生此种现象的原因主要为木材表面羟基缔合状态的解除及表面脱羟基作用的综合结果。木材表面 3种主要化学官能团为羟基、烷基和缩醛基 ,在高温处理条件下 ,两种木材羟基对烷基和缩醛基吸收峰面积之比都有所下降 ,说明高温处理过程是一个使木材表面羟基密度减少的过程。木材表面自由能与木材表面化学官能团变化有明显的相关性。     

压缩空气微爆破处理对杨木渗透性的影响

杨木是我国人工林培育的主要树种之一。为了加强对杨树木材的高效利用,改善杨木的渗透性,探究了常温下压缩空气微爆破处理中杨木试材初含水率、爆破压力和爆破次数对杨木渗透性的影响。结果表明,杨木木材试件经微爆破处理后,渗透性明显提高,初含水率和微爆破压力对杨木渗透性影响显著,微爆破处理的次数对杨木渗透性影响不显著。压缩空气微爆破处理对杨木力学性能影响不显著。     

酸催化下苯酚液化木材的制备与表征

在硫酸作用下用苯酚对人工林杨木和杉木进行液化,考察反应时间、反应温度等对液化反应的影响,并对液化产物进行表征分析.结果表明:1)在硫酸催化下,杨木和杉木被苯酚液化的历程相似,但残渣含量稍有不同.酸性催化剂不仅对纤维素和半纤维素起作用,对木质素也起作用.2)反应温度比反应时间对液化效率的影响大,二者均能影响液化产物的分子量和分子量分布.通常杉木液化产物的重均分子量高于杨木.3)液化过程中,木质素和半纤维素首先被液化,最后是纤维素.木材组分的分解、酚化和再缩聚反应主宰整个液化动力学过程及液化产物的结构特征.     

沙柳材物理力学特性测定与分析

为研究沙柳材物理力学特性,按照木材物理力学性能测试方法和沙生灌木相关标准,测定了沙柳气干材的含水率,得到沙柳气干材的含水率为10.41%;对沙柳气干材分别进行顺纹拉伸试验、压缩试验、三点弯曲试验。结果表明:沙柳气干材顺纹最大抗拉强度为133.28 MPa;轴向、弦向和径向的抗压强度分别为73.00、11.20 MPa和12.84 MPa;抗弯强度为106.31 MPa。研究可为沙柳锯切仿真提供数据支持。     

人工林落羽杉力学性能研究

对江汉平原人工林落羽杉物理力学性能进行了研究,结果表明:落羽杉的气干密度为0.413 g/cm3,气干密度等级为轻;综合强度为74 MPa,强度等级为Ⅰ级;径向横纹抗压强度略大于弦向横纹抗压强度;端面硬度最高,弦面硬度与径面硬度差别不大。落羽杉南北面近树皮处木材的密度、抗弯强度、弹性模量、顺纹抗压强度均大于近髓心处,南北方向对落羽杉的密度、顺纹抗压强度在5%水平上差异均不显著,而对其抗弯强度、弹性模量在1%水平上差异显著。     

落叶松胶合木构件横纹受压性能试验研究

为研究落叶松胶合木构件横纹受压性能,选取落叶松为原材料制作胶合木试件,测定落叶松胶合木试件密度、含水率,进行横纹受压性能试验,探讨其破坏模式,并计算横纹抗压强度与横纹抗压弹性模量.试验结果表明:落叶松横纹受压破坏为塑性破坏;密度为0.64 g/cm3的落叶松胶合木构件横纹受压比例极限强度为60.78 MPa;试件含水率为11.3％与12％时的横纹抗压弹性模量分别为:254.8 MPa,245.0 MPa.     

马尾松木材横向液体渗透性的研究

分析和讨论了影响马尾松木材横向液体渗透性及其各向异性的机理.对马尾松木材的径向液体渗透性和弦向液体渗透性进行了测量.结果表明,马尾松木材的径向液体渗透性大于弦向液体渗透性,并且,马尾松木材的径向液体渗透性和弦向液体渗透性都是从边材向心材逐渐减小,并随着含水率的下降而升高.其原因是径向液体流动的主要通道是木射线和水平树脂道,弦向主要是管胞壁和交叉场上的纹孔.     

密实化工艺对杉木木材力学性能影响规律北大核心

以人工林杉木木材为研究对象,采用全因子试验设计,通过控制不同热压温度(160、180、200℃)、热压时间(20、30、40 min)、压缩率(30%、40%、50%)3个工艺参数,对杉木进行压缩密实化改性,分析不同工艺参数对木材力学性能、微观形貌、细胞壁力学性能和结晶度的影响,进而筛选出优选工艺。结果表明:在热压温度为180℃、压缩率为50%、热压时间为40 min的工艺条件下,制备的密实化木材性能较优,其抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗拉强度和硬度分别为130.4 MPa、12338 MPa、113.1 MPa和1631 N,相对于未处理材分别提高112%、113%、44%和55%。扫描电镜观察结果表明:早材细胞几乎均被压溃,并沿着木射线方向出现一定规律的褶皱,而晚材细胞部分出现压溃,较大部分则保持原有的腔体结构。密实化木材细胞壁的硬度和弹性模量比未处理材分别增加了16.7%和45.7%。压缩处理后,木材的结晶度有所增大,未处理材和压缩材的结晶度分别为46%和53%。     

不同含水率的杨木微波穿透深度探究

采用有限元分析方法对不同含水率杨木的微波穿透深度进行了理论研究,探索出微波频率和杨木含水率对微波穿透深度的影响规律,结果表明:当杨木含水率由30%依次增加到110%时,频率为2.45 GHz微波的穿透深度由22.30 cm减小到3.64 cm;频率为0.915 GHz的微波穿透深度从60.32 cm降低到9.85 cm,同时含水率增加后杨木内部温度均匀性相应变差。研究表明,在木材干燥过程中应尽量将样品的厚度控制在微波穿透深度的范围内,可以有效改善干燥均匀性。     

福建将乐林场杉木人工林主导功能研究

利用福建将乐林场1996年和2007年2期森林资源规划设计调查数据和样地调查数据,根据杉木人工林结构与功能关系构建了耦合关系模型,评价杉木人工林各小班的主导功能及其变化。结果表明:1996年杉木人工林的主导功能为木材生产、风景游憩和涵养水源的小班比例分别为33.15%、33.70%、33.15%;2007年杉木人工林的主导功能为木材生产、风景游憩和涵养水源的小班比例分别为37.83%、34.27%、27.90%。1996年至2007年10年间以木材生产和风景游憩为主导功能的小班数量分别增加了4.68%和0.57%,而以涵养水源为主导功能的小班数量减少了5.25%。评价结果符合林场实际情况。研究结果旨在为将乐林场杉木人工林多功能经营提供了理论和方法依据。     

酚醛树脂处理杨木、杉木尺寸稳定性分析

采用酚醛树脂浸渍处理人工林杨木、杉木,然后通过热压定型工艺制得表面密实化木材。对其尺寸稳定性的分析结果表明:处理试材的增重率、抗胀率和阻湿率随树脂浓度的增加而成比例增大,弦向和径向干缩率明显降低,在树脂浓度较低时变化较大,当达到一定量时变化趋于稳定。就压缩变形恢复率而言,当树脂浓度超过10%,压缩变形恢复率很小,说明表面密实化木材的压缩变形几乎被固定。     

人工林杨木的用途选择——实木或单板层积材

实木材性对单板层积材强度的贡献率可衡量单板层积材强度中源自实木材性的份额,是人工林杨木单项用途选择的基础。本文以３个无性系实体杨木和由３种不同厚度杨木单板分别组配的单板层积材为对象,以由贡献率引出的实木与单板层积材的份率差值为依据,研究得出人工林杨木的最终用途选择。结果表明：６９杨、７２杨和６３杨３个无性系杨木的平均份率差值分别为５７％、－１５％、－２９％,说明６９杨宜用作实木,７２杨和６３杨宜用作单板层积材;杨木用作不同组配结构的单板层积材时,实木与３５６５ｍｍ、２６１４ｍｍ、１５４５ｍｍ３种厚度单板组配的单板层积材的平均份率差值分别为４３％、－１３％和－４３％,说明实木与较厚的３５６５ｍｍ单板组配的单板层积材相比,杨木宜用作实木,与较薄的２６１４ｍｍ和１５４５ｍｍ单板组配的单板层积材相比,杨木宜用作单板层积材。不同荷载作用的结果下用途选择结果显示,在抗剪强度、弹性模量和冲击韧性３项性能上的份率差值为正,此时杨木宜用作实木;在抗弯强度、抗压强度和硬度３项性能上的份率差值为负,此时杨木则宜用作单板层积材。     

杉木正交异向蠕变行为的时温等效性

【目的】探究时温等效原理在杉木正交异向蠕变行为中的适用性及其特点。【方法】以含水率约0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态热机械分析仪DMA 2980,在30～150℃范围内,基于一系列20 min蠕变试验分别获得3个应力水平和不同恒定温度水平下杉木轴向、径向和弦向的蠕变曲线。将其他温度下的蠕变曲线通过水平移动因子平移并叠合连接至参考温度(本研究中为30℃)曲线,生成一定时间范围内的蠕变主曲线。分析形成主曲线相邻分曲线叠合处的应变量以及应变量斜率是否相同,判定主曲线是否光滑。利用最小二乘拟合法,运用WLF方程和Arrhenius方程对水平移动因子与温度的关系曲线进行拟合。【结果】蠕变应变量随应力水平或温度水平增大而增加;不同方向试样的应变量之间存在明显差异:轴向试样的应变量显著低于横向(弦向和径向)试样,弦向试样的应变量约为径向试样的2倍;叠合生成主曲线时,径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可生成光滑的蠕变主曲线,主曲线跨越的时间由103s延长至107s;轴向试样仅通过水平移动因子无法生成光滑的蠕变主曲线,经垂直移动因子修正后的各轴向蠕变曲线能够叠合出光滑的主曲线,与未经垂直移动因子修正的蠕变主曲线相比,其跨越的时间由约105s降低至约104.5 s;三方向试样水平移动因子与温度关系曲线在30～150℃内满足WLF方程,标准误差小于13.41%。【结论】时温等效原理在30～150℃范围内描述木材正交异向蠕变行为是适用的;轴向试样蠕变行为时温等效的构建需通过水平移动因子和垂直移动因子的共同作用,而径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可使得时温等效原理适用;三方向试样蠕变主曲线水平移动因子与温度的关系曲线均满足WLF方程。