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影響木材干燥應力與應變得出的結(jié)論
初探木材干燥過程中應力與應變檢測方法。木材干燥過程中,影響干燥質(zhì)量的既有彈性應力,又有殘余應力;干燥過程結(jié)束,且木材厚度上的含水率分布均勻后,彈性應變已經(jīng)消失,此后繼續(xù)影響干燥質(zhì)量的是殘余應力。
一.木材徑弦向干縮不一致引起的應力與變形
根據(jù)木材弦向干縮系數(shù)約是徑向的2倍的特性,分析三種木材的干縮、應力與變形情況。
1、徑切板
板面均是徑切面,板厚都為弦向,干縮均勻,不會引起附加的應力和變形。
2、弦切板
外板面(靠近樹皮的面)接近弦向,其干縮量大于接近徑向的內(nèi)板面(靠近髓心的面),因此,干燥時其力向外板面翹曲,但實際干燥生產(chǎn)中,板材都堆積成材堆,并在其頂部置壓塊以防止木材翹曲變形,由于材堆及壓塊的重量,對板材產(chǎn)生附加的壓力以抑制其翹曲,因而板材的外板面就產(chǎn)生附加拉應力,而內(nèi)板面產(chǎn)生附加壓應力。這種應力與含水率梯度無關(guān)。外板面的附加拉應力與含水率不均勻引起的表面拉應力相疊加,很容易引起外板面的表裂。
3、帶髓心的方材
其四個表面接近弦切面,其干縮量比直徑方向的大,干燥時四個表面的干縮受到內(nèi)部直徑方向木材的抑制,結(jié)果在表層區(qū)域產(chǎn)生附加的拉應力,中心區(qū)域產(chǎn)生附加的壓應力。這種應力同樣與含水率梯度無關(guān)。這種附加的表層拉應力與干燥初期含水率梯度引起的拉應力相疊加,很易引起表裂和徑裂。所以帶髓心的方材,干燥時很容易產(chǎn)生缺陷。木材厚度上含水率不均引起的應力與變形.
二.木材厚度上含水率不均引起的應力與變形
干燥過程中,不考慮木材干縮的各向異性,并假定僅在木材厚度上發(fā)生水分移動,則厚度上含水率分布、應力與變形的變化可按四個階段分析:
1.干燥初始尚未產(chǎn)生應力的階段。此階段中盡管表層含水率低,厚度上含水率分布不均,但都在纖維飽和點之上,不產(chǎn)生干縮,因而不產(chǎn)生應力。
2.干燥初期,應力外拉內(nèi)壓階段。干燥過程開始后,木材表面自由水先蒸發(fā),經(jīng)過一段較短時間(取決于干燥介質(zhì)的溫度和相對濕度)后,表層含水率降到纖維飽和點之下,斷面上含水率梯度增大、且出現(xiàn)“濕線”,“濕線”以外區(qū)域降到纖維飽和點以下,以內(nèi)區(qū)域仍高于纖維飽和點。隨著干燥的進行,“濕線”不斷向內(nèi)移動。
木材表層因含水率在纖維飽和點以下,所以要產(chǎn)生干縮,但內(nèi)部各層含水率高于纖維飽和點、尺寸不變,因而牽制表層的干縮,故表層因該牽制受拉應力,內(nèi)部則同時受壓應力。又因為干燥初期木材橫斷面上,含水率降到纖維飽和點以下的區(qū)域較薄,相應受拉應力的區(qū)域較小,而受壓應力的區(qū)域較大,且總拉力與總壓力相平衡,所以,內(nèi)部單位面積上的壓應力較小,而表層單位面積上的拉應力相當大,且很快發(fā)展、達到*大拉應力,當該應力大于表層抗拉強度極限時,即產(chǎn)生裂紋。這也是干燥初期易產(chǎn)生表裂的主要原因。