基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测

【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。【结果】弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10~(-6)。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10~(-6);利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。【结论】所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。     

Influence of Ammoniacal Copper Quaternary treatments on mechanical properties of blue-stained Lodgepole Pine wood

Three concentrations （2.8%, 2.0%, 1.2%） of Ammoniacal Copper Quaternary （ACQ） was selected to treat Lodgepole pine wood for evaluating ACQ treatment on mechanical properties of blue-stained wood. The bending modules of elasticity （MOE）, modules of rupture （MOR）, toughness and shearing strength parallel to grain on tangential surface, are tested according to the criteria GB1927-1943-91. Non-treated sample were also tested according to the same procedure. The results showed that the three groups specimen impregnated by different concentrations of ACQ solution met the AWPA standard 2003 of America （UC4A 6.4g/cm^3）. There were significant difference of toughness between treated wood and non-treated wood （p=0.01）, but there were no statistically significant differences among three concentrations in terms of toughness, and toughness of treated wood was approximately 20% lower than non-treated. MOR, MOE as well as sheafing strength parallel to grain were found to be not significantly different between treated wood and non-treated one, and there were no statistically significant difference among three concentrations of ACQ too. Toughness, MOR, MOE and sheafing strength parallel to grain increased with decrease of concentration of ACQ, but they were hardly affected by ACQ preservatives.     

热处理木材性质变化规律及变化机理研究

以蒸汽为加热介质,介绍了国外常用的几种木材热处理工艺及产品性能变化,重点阐述热处理木材各项性能变化规律,并深入分析了其性质变化的内在机理.热处理可以提高木材使用性能,拓宽木材使用领域,木材热处理是木材工业未来的发展方向.     

落叶松规格材目测分等的研究

依照GB 50005-2003《木结构设计规范》规格材目测分等规则,对3种尺寸的兴安落叶松规格材进行目测分等,并分析降等缺陷。结果表明:不同尺寸规格材的等级比例不同;节子、轮裂/干裂和漏刨是规格材主要的降等缺陷。建议优化落叶松规格材加工方法,进一步完善干燥工艺,减少裂纹等缺陷,提高规格材加工质量和使用价值。     

中国与加拿大规格材目测分等规则的比较

分析我国GB 50005-2003<木结构设计规范>与加拿大规格材目测分等规则NLGA 2002的异同,并根据NLGA对中国杉木人工林规格材进行了目测分级试验.在此基础上,为我国规格材目测分等规则的修订与完善提出建议.     

圆盘豆热处理材颜色变化及其变化机理

试验采用过热蒸汽作为传热介质和保护气体,对圆盘豆木材进行热处理,热处理温度为160℃、180℃、200℃、220℃,热处理时间为2h、4h、6h、8h,并采用紫外光谱和气-质联用对圆盘豆木粉抽提物进行分析。结果表明,热处理后圆盘豆木材颜色发生明显变化。随着热处理温度升高,木材明度L*下降,红绿色品指数a*变化不明显,黄蓝色品指数b*下降,色差△E*增大,木材表面颜色加深,其主要原因是木素及木材抽提物发生了氧化、还原反应。     

圆盘豆木材力学强度对高温热处理条件变化的响应

以过热蒸汽为传热介质和保护性气体,在热处理温度为160℃、180℃、200℃、220℃,热处理时间为2h、4h、6h、8h的条件下对圆盘豆木材进行高温热处理,研究圆盘豆木材在不同热处理条件下的力学性能变化规律。结果表明,随着热处理温度升高和热处理时间延长,圆盘豆热处理材抗弯强度降低;弹性模量在160℃时最高,然后降低;硬度的变化趋势不明显。红外光谱分析表明,热处理使木材中的半纤维素、纤维素、木素发生降解反应,导致木材力学强度降低。     

日本落叶松人工林不同生长势林木的木材物理力学性质

以日本落叶松人工林为研究对象,根据国家物理力学标准,测定日本落叶松木材的基本密度、干缩性、抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性、顺纹抗拉强度等物理力学性能,分析评价长势(优势木、平均木和劣势木)、产地(甘肃沙坝和龙门)和胸径等对日本落叶松木材物理力学性能的影响。结果表明：(1)不同长势日本落叶松的木材密度和力学强度差异不显著,劣势木、平均木、优势木的干缩率逐步递增。(2)龙门与沙坝的日本落叶松抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性和顺纹抗拉强度差异不显著;沙坝样木的干缩率、抗弯强重比高于龙门,密度则低于龙门。(3)不同胸径日本落叶松物理性质存在显著性差异(P<0.05),木材密度随胸径先增大,后趋于稳定,弦向和体积干缩率以及干缩比与胸径正相关,径向干缩率则随胸径先减小后增大;不同胸径间抗弯强度、冲击韧性与抗拉强度无显著性差异,弹性模量随胸径增加先增大后减小;胸径22～28 cm的日本落叶松材性较优,且处于适伐阶段。(4)产地和长势对日本落叶松木材的密度、径向气干干缩率、干缩比、抗弯强重比有显著的交互作用。     

40mm厚杉木锯材高温干燥工艺研究

对40 mm厚杉木锯材制定两个高温干燥工艺并进行试验研究,检测和分析干燥周期、干燥速率、锯材干燥质量等指标。干燥工艺I采用高温湿空气进行干燥;干燥工艺II在干燥前期高含水率阶段采用过热蒸汽条件,干燥后期低含水率阶段采用高温湿空气进行干燥。结果显示:两个干燥工艺在各阶段的干燥速率差异明显,干燥前期工艺II的干燥速率为1.30%/h,较工艺I低约37.2%;但干燥后期工艺II的干燥速率为1.89%/h,较工艺I高约70.27%。干燥工艺II可以有效避免锯材内裂的发生,干燥质量满足GB/T 6491—2012《锯材干燥质量》二级材的指标要求,干燥效率提高。     

火力楠心材与边材颜色和物理力学性质

研究火力楠心材与边材的颜色和物理力学性质,为该树种木材的合理开发和利用提供参考。采用CIE Lab颜色系统表征木材的颜色参数（明度指数L^*、红绿轴色品指数a^*、黄蓝轴色品指数b^*）;按照国家标准测量木材的物理性质（密度、干缩性、湿胀性）和力学性质（顺纹抗压强度、横纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度、硬度、冲击韧性、顺纹抗拉强度、抗劈力、握钉力）。结果表明,火力楠心材的L^*、a^*和b^*均小于边材,表明心材的颜色偏向黑色的程度更大,而偏向红色和黄色的程度更小,整体颜色更加暗深;火力楠心材与边材的总色差属人视觉感觉差异“可察觉”。火力楠心材的密度小于边材,二者密度均属中等;心材的差异干缩大于边材,二者气干干缩的不均匀性均属小;心材的体积干缩系数小于边材,二者干缩性均属很小。火力楠边材的吸水增重率大于心材,表明边材的渗透性优于心材。火力楠边材的硬度、冲击韧性、抗劈力和握钉力大于心材,而其余力学指标小于心材。火力楠心材和边材的顺纹抗压强度、抗弯强度、顺纹抗剪强度、端面硬度和冲击韧性,均属木材各项力学指标品质分级的中等及以上水平。火力楠心材的综合强度和综合品质系数均大于边材,二者均分别属高强度和强重比很高。