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《安徽农业大学》 2010年
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杨木横纹压缩本构关系与时—温等效性研究

张红为  
【摘要】: 在木制品生产过程中,许多情况下都需要给木材施加压力,如木片的软化展平工艺、辊压工艺、胶合板材及木地板的热压工艺等,都是木材在不同工艺条件下的施压过程。但木材是一种具有各向异性的多孔性材料,在受压过程中会产生压缩变形。杨木是人造板生产中常用的材料,但在不同温度下横纹压缩的试验数据并不多。为此,本文以杨木为试材,研究了不同温度条件下杨木径向压缩大变形的力学行为,建立了杨木在横纹压缩下的应力-应变关系,并且观察了横压过程中的杨木细胞变形特征。 时温等效性试验即是利用短时试验数据来预测材料长时力学性能的一种较好的方法。但迄今这一方法用于木质材料的研究报道不多,其主要问题是木材是一种由纤维、木质素和半纤维组成的具有多重转变区域的共混聚合物,是热流变复合材料,而非简单热流变材料。如何应用时-温叠加原理来预测木构件的长期力学性能一直受到木材学家的关注并成为木材科学领域里的一个难题。关于移动因子遵循怎样的规律目前并没有文献给出解析式或计算依据。为此,本文以杨木为试材,通过三点弯曲法研究了时-温叠加原理在木材中的应用,通过水平移动和垂直移动,较成功地实现了以短时试验数据来预测木材的长时力学特性,并首次提出考虑垂直移动因子的木材时-温叠加原理表达式。 本次试验结果表明: 1.杨木在径向施压下,其整个大变形过程可分为三个阶段,即线弹性阶段、屈服后弱线性强化阶段和幂强化阶段。但由于木材在横压大变形试验中压密点不易确定,故以一个线性方程描述其弹性阶段和一个3次多项式描述其屈服后的整个横纹压缩下的应力-应变关系更为方便。 2.应变为ε=3.2%,处于应力-应变曲线弹性段的末点;应变为ε=16%,木射线开始屈曲;应变为ε=22%,导管分子细胞开始压溃;应变为ε=40%,试件开始压密;应变为ε=65%,可视为细胞腔被完全填充后的压密点,沿曲线再向上则进入压密化,应力-应变关系反映了物质实体内分子间距变化与所施应力呈现线性变化的关系。 3.在环境温度为10℃、30℃、50℃、70℃、90℃和相对湿度为60%的试验条件下,通过1h的短期弯曲试验,应用时-温叠加原理获得了一条能够预测9. 5年的杨木松弛力学特性主曲线。 4.水平移动因子lg aT与温度的倒数T~(-1)呈线性关系:y = 4723.7x-17.976 (R~2 =0.9848),并遵循Arrhenius方程。利用Arrhenius方程计算出松弛转变的表观活化能ΔE为21.6 kcal /mole。 5.垂直移动因子bT与温度T呈线性关系:y = 0.0045x-0.368 (R2 = 0.9435),表明由本文所提出的bT因子计算依据而得到的考虑垂直移动因子的木材时-温叠加原理表达式是合理的。 6.在环境温度为10℃、相对湿度为60%的条件下进行1138h的长时试验,所得的长时试验模量曲线与主曲线吻合度较高。
【学位授予单位】:安徽农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S781

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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