[发明专利]一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法

摘要

一种用于木材质量控制的锯材干燥应力评价方法，本发明涉及锯材干燥应力评价方法。本发明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。本发明应用于木材加工技术领域。

主权项

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为与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；所述步骤一中εN、εe、εve、εfs和εms的数学计算方法为：其中所述l0为表面刨光板材在生材状态时的初始宽度，l1为干燥变形试件在切割前的长度，l2为干燥变形试件在切割后的长度，l3为将试件放入塑料保鲜袋在20～30度放置24～48小时后的尺寸，M为木材含水率，MFSP为纤维饱和点，α为自由干缩系数，M0为初始含水率；所述步骤二中得到木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变差值的具体过程为：将式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)组合，得到如下的代数表达式：εms＝εfs‑εN‑εe‑εve         (7)木材表层和芯层区域的机械吸附蠕变应变参量由式(8)和式(9)来描述：εms(Surface)＝εms(S)＝εfs(S)‑εN(S)‑εe(S)‑εve(S)  (8)εms(Center)＝εms(C)＝εfs(C)‑εN(C)‑εe(C)‑εve(C)   (9)其中所述s代表木材表层，c代表木材芯层；木材表层和芯层之间的机械吸附蠕变应变差值被简化为如下形式：其中分别代表表层和芯层之间的机械吸附蠕变应变差、自由干缩应变差、干缩应变差、弹性应变差和黏弹性应变差；代表表层和芯层之间的含水率差值，代表表层和芯层之间的干燥应力差值；所述步骤三中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的具体过程为：对式(10)进行代数重组，得到干燥应力和机械吸附蠕变应变参量之间的定量数学表达式如下：其中所述成分和在木材干燥试验过程中通过人工测试确定，E为木材横纹静曲弹性模量；对以上干燥应力表达式进行简化处理，得到如下的表达式：取其中所述A为常数，通过查阅针叶材物理力学特性来确定；所述步骤四中获得与干燥应力、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的具体过程为：基于室干锯材板材干燥应力的形成、演化基本模式，木材表层和芯层干燥应力差参量可由以下表达式来近似的描述：式(13)可知，木材表层和芯层的干燥应力差值等于表层干燥应力与芯层干燥应力绝对值的代数和，可由以下三个变量的绝对值代数和代替；将式(13)的两端分别除以厚度差值Δx，获得了与干燥应力、木材含水率、干缩应变、机械吸附蠕变应变差值对应的各类梯度变量，见下式：基于式(14)，木材干燥应力变量由如下三个因子，即木材含水率梯度MCG、收缩变形梯度SDG、木材机械吸附蠕变梯度MSCG组成；经过后期热湿平衡处理，木材含水率梯度降低至0％，式(14)被简化为如下形式：其中常数A与B通过查阅树种物理力学特性，通过计算得到。