一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法技术

一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法，本发明专利技术涉及锯材干燥应力评价方法。本发明专利技术是为了解决现有技术中木材干燥过程干燥应力与残余应力检测分析技术精度低，不能实现控制干燥质量、缩短干燥周期的目标等问题。本发明专利技术为在干燥条件下测定板材宽度方向的黏弹性蠕变与相同树种小规格试件的自由干缩应变，基于木材干燥流变学原理计算板材宽度方向的机械吸附蠕变应变。本发明专利技术定义了木材干燥机械吸附蠕变梯度，确定了木材机械吸附蠕变梯度、木材含水率梯度等参量对板材干燥应力释放过程的影响机制，克服了传统“叉齿切片法”描述木材干燥应力所产生的“技术歧义”，可用于针叶材干燥应力的定量描述，实现对木材干燥质量的科学评价。本发明专利技术应用于木材加工技术领域。

Evaluation method for lumber drying stress of wood quality control

The present invention relates to a method for evaluating the drying stress of wood lumber. The invention aims at solving the problems of low precision of the dry stress and the residual stress detection and analysis technology in the prior art, and the problem that the drying quality can not be controlled, and the drying period is shortened. Shrinkage strain of the invention is a free viscoelastic creep - Determination of width direction of the plate under dry conditions with the same species of small size, mechanical adsorption creep strain calculating the width direction of the plate principle of wood drying based on rheology. The invention defines wood drying mechanical adsorption creep gradient, determine the impact mechanism of wood mechanical adsorption creep gradient, wood moisture content gradient plate drying parameters on the stress release process, to overcome the traditional \tooth slice method\ to describe the drying stress generated by the \ambiguity\, can be used for quantitative description of needle leaf wood drying stress, realize scientific evaluation on the wood drying quality. The invention is applied to the wood processing technology field.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法。
技术介绍
在商品性锯材工程应用中，木材干燥应力及变形特性的评估与分析是确保终端产品质量及分等的关键性技术措施之一。在木材的干燥与后期高温热处理工艺中，由于材料的固有特性、热湿传递过程动态变形转化机制、及干燥改性工艺执行的不合理性等因素，在木材内部会残留大量的干燥内应力。从材料力学特性角度出发，避免板材开裂与破坏性变形发生的关键在于干燥应力的预测与分析。近30多年以来，鉴于木材干燥、木材高温热改性处理中干燥应力与应变测试仍将面临的各类瓶颈性技术难关，国内外木材工业领域有关木制品干燥质量的主要研究重点开始由经典的弹性-塑性力学理论转向干燥流变学与木材机械吸附机制。机械吸附蠕变理论被成功地运用于干燥应力与应变的分析处理，相关的试验研究集中在对变形演化与开裂形成起决定性影响的木材横纹方向。关于木材干燥应变(变形)的组成，国内外的主要研究成果认为，弹性应变、黏弹性应变、机械吸附蠕变应变、自由干缩应变是关键性的变形成分。Hanhijarvi关于两种欧洲针叶树种的高温干燥试验研究系统地阐明了针叶材高温干燥处理阶段的横纹力学特性与变形机制。在Drying technology、Holz Roh Werkst等专业文献上发表的一些研究成果基于机械吸附蠕变理论，详细地给出了木材干燥应力与变形的实践性探索与数学模拟分析。近年来，尽管有许多木材干燥机械吸附特性的研究报道，有关干燥应力与机械吸附蠕变变形之间相互影响机制的定性、理论性分析仅见于少数文献。Langrish关于澳洲桉树太阳能间歇干燥的试验研究显示，通过适度的外部干燥介质状态的调整，机械吸附机制可在干燥初始阶段及整个干燥循环链内实现干燥应力的加速释放。专利技术专利“木材干燥过程中应力的检测装置及方法”(公布号CN101149370A)介绍了一种木材干燥应力的检测方案，适合于检测试件内因含水率降低而导致的收缩应力，具有直接、适时、连续测试的特点。但该方法只能测试小规格木材整体性干缩趋势，无法确定板材干燥过程中表层、芯层之间的含水率差异与干燥应力状态，不能实现对木材干燥质量的定量评价。专利技术专利“木材干燥过程中含水率梯度的测试方法及所用测试传感器”(公布号CN102621189A)描述了一种实现木材干燥过程厚度方向含水率偏差值定量测试的技 术方案，操作人员通过在线测试木材分层含水率来计算含水率梯度，据此判断木材干燥状态，调整基准。该方法适用于木材干燥生产实践，但缺乏有关板材干燥应力状态的定量分析，依据实践经验来控制干燥介质，且木材含水率检测有效范围具有局限性，木材变异性、干燥介质状态参数波动等诸多因素均影响含水率测试精度，不能实现控制干燥质量、缩短干燥周期的目标。本专利技术专利申请人为具20年从业经验的木材干燥、木材热改性领域的科研人员，根据木材工业、建材行业的发展趋势及上述公知技术的不足，基于木材干燥机械吸附蠕变机制，定义了一个沿着板材厚度方向分布的机械吸附蠕变梯度概念，专利技术出一种木材干燥质量评价技术方法及相应的干燥应力评价指标体系，用于锯材干燥应力特性的理论分析计算。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中木材干燥过程干燥应力与残余应力检测分析技术精度低，不能实现控制干燥质量、缩短干燥周期的目标等问题，而提出的一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法。一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法按以下步骤实现：步骤一：基于木材干燥流变学原理得到自由干缩应变εfs的计算公式为：εfs＝εN+εe+εve+εms (1)其中所述εN为收缩应变，εe为瞬时弹性应变，εve为随时间变化的黏弹性应变，εms为木材水分变化相关的机械吸附蠕变应变；步骤二：根据步骤一得到木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变差值；步骤三：根据步骤二得到干燥应力与木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变参量之间的关系；步骤四：根据步骤三获得与干燥应力、木材含水率、干缩应变和机械吸附蠕变应变差值对应的梯度变量。专利技术效果：本专利技术方法为在常规干燥条件下测定板材宽度方向(弦向)的黏弹性蠕变与相同树种小规格试件的自由干缩应变，基于木材干燥流变学原理计算板材宽度方向的机械吸附蠕变应变。板材干燥应力评价体系涉及的参量包括沿板材厚度方向的木材含水率梯度与机械吸附蠕变应变梯度。本专利技术定义了“木材干燥机械吸附蠕变梯度”，确定了木材机械吸附蠕变梯度、木材含水率梯度等参量对板材干燥应力释放过程的影响机制，克服了传统“叉齿 切片法”描述木材干燥应力所产生的“技术歧义”，可用于针叶材(弦切板)干燥应力的定量描述，实现对木材干燥质量的科学评价。附图说明图1为小规格试件的自由干缩试验图；图2为实体木材干燥试验图；图3为干燥变形计算示意图；图4为机械吸附蠕变应变εms的计算流程图；图5为机械吸附蠕变应变及其沿厚度方向的梯度演化趋势图；图6为臭冷杉干缩应变及其沿板材厚度方向的梯度变量演化趋势图；图7为木材表层-芯层干燥应力差变量随干燥时间的函数关系曲线图。具体实施方式具体实施方式一：一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法包括以下步骤：步骤一：基于木材干燥流变学原理得到自由干缩应变εfs的计算公式为：εfs＝εN+εe+εve+εms (1)其中所述εN为收缩应变，εe为瞬时弹性应变，εve为随时间变化的黏弹性应变，εms为木材水分变化相关的机械吸附蠕变应变；步骤二：根据步骤一得到木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变差值；步骤三：根据步骤二得到干燥应力与木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变参量之间的关系；步骤四：根据步骤三获得与干燥应力、木材含水率、干缩应变和机械吸附蠕变应变差值对应的梯度变量。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：图3为基于前期研究工作确定的木材干燥应变试件的切割与变形成分示意图，有关木材自由干缩试件制作与木材干燥应变试件详细制作流程与细节见于图1与图2所示。以上木材干燥变形成分的数学计算方法见以下各式：所述步骤一中εN、εe、εve、εfs和εms的数学计算方法为： ϵ N = ( l 1 - l 0 ) l 1 - - - ( 2 ) ]]> ϵ e = ( l 2 - l 1 ) l 1 - - - ( 3 ) ]]> ϵ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法，其特征在于，所述木材干燥应力评价方法的具体过程为：步骤一：基于木材干燥流变学原理得到自由干缩应变εfs的计算公式为：εfs＝εN+εe+εve+εms    (1)其中所述εN为收缩应变，εe为瞬时弹性应变，εve为随时间变化的黏弹性应变，εms为木材水分变化相关的机械吸附蠕变应变；步骤二：根据步骤一得到木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变差值；步骤三：根据步骤二得到干燥应力与木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变参量之间的关系；步骤四：根据步骤三获得与干燥应力、木材含水率、干缩应变和机械吸附蠕变应变差值对应的梯度变量。

【技术特征摘要】
1.一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法，其特征在于，所述木材干燥应力评价方法的具体过程为：步骤一：基于木材干燥流变学原理得到自由干缩应变εfs的计算公式为：εfs＝εN+εe+εve+εms (1)其中所述εN为收缩应变，εe为瞬时弹性应变，εve为随时间变化的黏弹性应变，εms为木材水分变化相关的机械吸附蠕变应变；步骤二：根据步骤一得到木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变差值；步骤三：根据步骤二得到干燥应力与木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变参量之间的关系；步骤四：根据步骤三获得与干燥应力、木材含水率、干缩应变和机械吸附蠕变应变差值对应的梯度变量。2.根据权利要求1所述的一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法，其特征在于，所述步骤一中εN、εe、εve、εfs和εms的数学计算方法为： ϵ N = ( l 1 - l 0 ) l 1 - - - ( 2 ) ]]> ϵ e = ( l 2 - l 1 ) l 1 - - - ( 3 ) ]]> ϵ v e = ( l 3 - l 2 ) l 1 - - - ( 4 ) ]]> ϵ f s = ( l 0 · ( 1 - ( M F S P - M ) · α ) - l 0 ) l 1 = ( ( M - M F S P ) · α ) · l 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：战剑锋，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23