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國內外木材干燥應力研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
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李大綱
摘 要：木材干燥應力是木材產生開裂、翹曲和皺縮的主要因素，研究木材干燥應力是探索木材干燥機理、制定合理木材干燥工藝、保證干燥質量的重要參數(shù)和依據。本文綜述了國內外木材干燥應力研究現(xiàn)狀、測試方法及發(fā)展方向。
關鍵詞：木材干燥 干燥應力 測定
1 木材干燥應力的研究背景
木材干燥應力是探索木材干燥機理，制定合理木材干燥工藝基準，保證干燥質量的重要參數(shù)和依據。因此木材干燥應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，國內外許多學者致力于這一課題的研究，至今人們對木材干燥應力的廣泛研究，出現(xiàn)了不少關于木材干燥應力的理論和測試方法。木材干燥應力是造成木材開裂翹曲和皺縮的主要原因，通過對干燥應力的研究不但能進一步揭示木材干燥中的物理本質，豐富木材干燥理論，而且可為制定木材干燥基準，制定消除木材干燥應力的技術措施提供依據。
我們知道，木材干燥過程中存在含水率干燥應力，干燥結束后存在殘余干燥應力。應力產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應同時分析木材應力的變化。
2 國外關于木材干燥應力的研究現(xiàn)狀
木材干燥應力是產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一個主要參數(shù)和依據。自三十年代以來，國內外許多學者致力于這一課題的研究，使得木材干燥應力的理論和方法不斷完善和發(fā)展。Tokumoto Morihiko（1989）在對山毛櫸干燥中的表面硬化和殘余變形進行研究后指出，在干燥初期木材表層處于拉伸變形狀態(tài)，內層處于壓縮變形狀態(tài)；并用小樣試驗進行了拉伸蠕變與干燥速度的相關分析。西尾茂（1981）提出用瓦彎法測定木材干燥應力方法。Nobuo Sobue（1985）用小樣拉伸斷裂試驗方法研究了干燥中木材斷裂韌性系數(shù)后認為，隨著干燥的進行，下降，下降的原因是在干燥中試件表面附近產生干燥應力使靠裂紋部分的應力集中增大。Takanori Arima（1979）對木材進行小樣拉伸和彎曲蠕變試驗后，指出干燥過程中的蠕變比水分平衡時蠕變大，干燥溫度和干燥速度對蠕變影響大，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力的關系后，指出干燥應力的大小取決于干燥期間表面含水率梯度對干燥全過程干燥應力的影響。Tang（1975）根據木材收縮各向異性的原理，指出了弦高法（瓦彎法）測定木材干燥的數(shù)學模型。Zuoxin Wang（1994）在利用木材收縮各向異性原理的基礎上采用單邊涂層迫使木材產生彎曲的方法研究了預蒸對干燥應力的影響。Salin（1994）提出了分析機械吸附蠕變的新模型，并提出在研究干燥應力時應將機械吸附蠕變考慮到模型中。Moren（1993）對Scots松進行了木材表面3mm的厚薄片應變分析，結果表明，表面薄層分析技術可以成功地分析橫紋干燥應力，也表明機械吸附是引起表面硬化的主要原因。純粘彈性蠕變對板子外層總蠕變的影響不重要，木材的熱濕空氣中干燥會產生表面硬化，是由于在干燥初期木材表層產生拉伸變形。干燥過程中表現(xiàn)出來的蠕變與溫度水平，應力和含水率變化有關，這種與水分吸附有關的蠕變現(xiàn)象，稱為機械吸附蠕變。Rice（1990）對紅櫟干燥早期彈性變形，機械吸附蠕變和粘彈性蠕變變形與含水率和應力水平的關系進行研究后，認為彈性蠕變和粘彈性蠕變很小并且是載荷的函數(shù)，機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 國內外關于木材干燥應力的研究現(xiàn)狀
李維拮（1983）在木材彈性分析的基礎上，應用熱彈性理論指導了干燥應力結構方程和平面應力問題的有限元計算公式，采用切片法測定了木材的彈性應力，分析干燥初期木材內部的應力和變形后認為，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)生開裂的危險期，而在這一期間木材表現(xiàn)出彈性體。到干燥中期，木材內部的粘性流動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)學者烏戈列夫的試驗方法，根據在彈性范圍內，木材的應力與應變成正比的原理，對紅松、水曲柳、落葉松和色木等木材進行了木材在干燥過程中和終了處理過程中全應力及窯干后剩余應力的定量研究，初步探索出木材在窯干過程中內應力發(fā)展和變化的規(guī)律。劉應安（1991）提出用圓弧法測定木材的干燥應力，通過測定切片的外層弦長和厚度來計算木材的彈性干燥應力。廖元強（1991）提出用應力指數(shù)即試樣彎曲變形量除以弦長測定干燥應力的方法，認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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