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木材普通蠕变和机械吸湿蠕变研究概述
被引量：
11
1
作者
彭辉
蒋佳荔
+1 位作者
詹天翼
吕建雄
《林业科学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第4期116-126,共11页
木材是一种具有不同细胞类型的天然纤维复合材料,其细胞壁的壁层结构与化学组分具有多样性。在静态恒定应力作用下,木材形变随时间延长而逐渐增大,即产生蠕变。木材蠕变是影响木制品和工程构件质量以及结构设计安全性的一个关键特性。...
木材是一种具有不同细胞类型的天然纤维复合材料,其细胞壁的壁层结构与化学组分具有多样性。在静态恒定应力作用下,木材形变随时间延长而逐渐增大,即产生蠕变。木材蠕变是影响木制品和工程构件质量以及结构设计安全性的一个关键特性。根据木材中的水分状态,木材蠕变可以划分为"含水率平衡态时的普通蠕变"和"含水率非平衡态时的机械吸湿蠕变"。本文分别阐述了木材普通蠕变和木材机械吸湿蠕变的现象和特点;围绕木材的普通蠕变,归纳了木材组织结构、含水率、温度和应力水平等因素的影响;针对木材的机械吸湿蠕变,重点从分子水平、细胞壁层结构、物理老化等方面解释其发生机制,并论述微纤丝角、化学组分、含水率和温度等因素对机械吸湿蠕变的影响。此外,本文还总结了应力/应变本构方程和Kelvin-Voigt模型模拟木材蠕变的研究进展,分别概述了普通蠕变和机械吸湿蠕变的数值模拟过程及其应用。木材蠕变特性受其自身复杂的组织构造和环境条件的影响,且各因素之间又存在一定程度的交互作用,使得木材蠕变的研究仍有较多方面尚未涉及。建议今后的研究重点从以下4个方面展开:1)针对木材正交各向异性的构造特点,采用不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,系统表征木材的正交异向蠕变特性;2)解明湿热条件下,水分、温度以及二者的交互作用对木材组分以及蠕变行为的影响,探索温湿度场中蠕变柔量与泊松比的同步实时测定;3)明确单根纤维(管胞、木纤维细胞)的机械吸湿蠕变行为规律,并确定木材组分,尤其是半纤维素在木材机械吸湿蠕变中的作用机制,从分子水平上解释氢键作用对木材机械吸湿蠕变的影响机制;4)构建能够充分解释木材蠕变特性内在机制和外在影响的蠕变模型。
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关键词
木材
普通
蠕变
机械吸湿蠕变
蠕变
模型
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职称材料
木材的机械吸湿蠕变
被引量：
15
2
作者
曹金珍
赵广杰
鹿振友
《北京林业大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
1998年第5期94-100,共7页
为了弄清楚木材的机械吸湿蠕变的机理，许多研究者从不同角度对木材的机械吸湿蠕变现象作了各自的解释．该文对其中主要的观点作了比较详细的评述，并对在分子水平上揭示木材的机械吸湿蠕变现象的实质提出了一些初步的构想．
关键词
木材
机械吸湿蠕变
分子水平
水分解
吸
过程
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职称材料
水分吸着过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性
被引量：
6
3
作者
詹天翼
蒋佳荔
+2 位作者
彭辉
常建民
吕建雄
《林业科学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第8期96-103,共8页
[目的]研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善＂水分-机械力＂耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供...
[目的]研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善＂水分-机械力＂耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供科学依据。[方法]以含水率0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪（DMA Q800）在30℃、不同相对湿度条件（30%,60%和90%）下测定木材贮存模量E＇和损耗因子tanδ的变化情况,比较不同频率（1~50 Hz）之间木材黏弹行为的异同。水分吸着过程分为升湿和恒湿2个阶段：在升湿阶段,相对湿度由0以2%·min-1的速率分别升高至30%,60%或90%;在之后的恒湿阶段,相对湿度在30%,60%或90%下分别恒定240 min。[结果]在任一频率下,随着吸着时间的延长,木材贮存模量E＇减小,损耗因子tanδ增大,并且贮存模量的变化率｜ΔE＇｜明显小于损耗因子的变化率｜Δtanδ｜;单位含水率的贮存模量和损耗因子变化率（｜ΔE＇/ΔMC｜和｜Δtanδ/ΔMC｜）随着吸着时间的延长均减小。此外,在水分吸着过程中的任一时间节点处,贮存模量随频率的增加而增大,损耗因子随频率的增加先减小后增大,损耗因子极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内,并随着吸着时间的延长向高频方向移动;在1 Hz和20 Hz频率下贮存模量的比值约为0.98,该比值基本不随吸着时间的延长而变化,但损耗因子的比值在升湿和恒湿过程中先增大后减小,并在升湿阶段结束时达到最大值。[结论]在水分吸着过程中,水分子的＂塑化效应＂是引起木材贮存模量减小和损耗因子增大的主要原因,并且单分子层吸着水的＂塑化效应＂最为明显;机械吸湿蠕变效应的存在使得升湿阶段木材黏弹性的变化较恒湿阶段明显;在水分吸着过程中,随着含水率增加,木材细胞壁聚合物分子的运动速度加快,松弛时间减少,并且α力学松弛过程（由半纤维素玻璃化转变引起）和β力学松弛过程（基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基的回转取向运动的力学松弛过程与吸着水分子回转取向运动的力学松弛过程二者叠加而成）的转变向高频方向移动;在水分吸着过程中,含水率的变化可引发木材细胞壁的不稳定化现象,并且相对湿度的变化加剧了这种不稳定化。
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关键词
杉木
吸
着
黏弹行为
频率
机械吸湿蠕变
效应
细胞壁不稳定化现象
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职称材料
题名
木材普通蠕变和机械吸湿蠕变研究概述
被引量：
11
1
作者
彭辉
蒋佳荔
詹天翼
吕建雄
机构
中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室
出处
《林业科学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第4期116-126,共11页
基金
国家自然科学基金项目(31570548)
文摘
木材是一种具有不同细胞类型的天然纤维复合材料,其细胞壁的壁层结构与化学组分具有多样性。在静态恒定应力作用下,木材形变随时间延长而逐渐增大,即产生蠕变。木材蠕变是影响木制品和工程构件质量以及结构设计安全性的一个关键特性。根据木材中的水分状态,木材蠕变可以划分为"含水率平衡态时的普通蠕变"和"含水率非平衡态时的机械吸湿蠕变"。本文分别阐述了木材普通蠕变和木材机械吸湿蠕变的现象和特点;围绕木材的普通蠕变,归纳了木材组织结构、含水率、温度和应力水平等因素的影响;针对木材的机械吸湿蠕变,重点从分子水平、细胞壁层结构、物理老化等方面解释其发生机制,并论述微纤丝角、化学组分、含水率和温度等因素对机械吸湿蠕变的影响。此外,本文还总结了应力/应变本构方程和Kelvin-Voigt模型模拟木材蠕变的研究进展,分别概述了普通蠕变和机械吸湿蠕变的数值模拟过程及其应用。木材蠕变特性受其自身复杂的组织构造和环境条件的影响,且各因素之间又存在一定程度的交互作用,使得木材蠕变的研究仍有较多方面尚未涉及。建议今后的研究重点从以下4个方面展开:1)针对木材正交各向异性的构造特点,采用不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,系统表征木材的正交异向蠕变特性;2)解明湿热条件下,水分、温度以及二者的交互作用对木材组分以及蠕变行为的影响,探索温湿度场中蠕变柔量与泊松比的同步实时测定;3)明确单根纤维(管胞、木纤维细胞)的机械吸湿蠕变行为规律,并确定木材组分,尤其是半纤维素在木材机械吸湿蠕变中的作用机制,从分子水平上解释氢键作用对木材机械吸湿蠕变的影响机制;4)构建能够充分解释木材蠕变特性内在机制和外在影响的蠕变模型。
关键词
木材
普通
蠕变
机械吸湿蠕变
蠕变
模型
Keywords
wood
pure viscoelastic creep
mechano-sorptive creep
model
分类号
S781 [农业科学—木材科学与技术]
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职称材料
题名
木材的机械吸湿蠕变
被引量：
15
2
作者
曹金珍
赵广杰
鹿振友
机构
北京林业大学森林工业学院
出处
《北京林业大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
1998年第5期94-100,共7页
基金
国家自然科学基金
文摘
为了弄清楚木材的机械吸湿蠕变的机理，许多研究者从不同角度对木材的机械吸湿蠕变现象作了各自的解释．该文对其中主要的观点作了比较详细的评述，并对在分子水平上揭示木材的机械吸湿蠕变现象的实质提出了一些初步的构想．
关键词
木材
机械吸湿蠕变
分子水平
水分解
吸
过程
Keywords
wood, mechano sorptive creep, molecular level
分类号
S781.33 [农业科学—木材科学与技术]
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职称材料
题名
水分吸着过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性
被引量：
6
3
作者
詹天翼
蒋佳荔
彭辉
常建民
吕建雄
机构
中国林业科学研究院林业新技术研究所
中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室
北京林业大学材料科学与技术学院
出处
《林业科学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第8期96-103,共8页
基金
中国林业科学研究院林业新技术所基本科研业务费专项基金(CAFINT2014C03)
文摘
[目的]研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善＂水分-机械力＂耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供科学依据。[方法]以含水率0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪（DMA Q800）在30℃、不同相对湿度条件（30%,60%和90%）下测定木材贮存模量E＇和损耗因子tanδ的变化情况,比较不同频率（1~50 Hz）之间木材黏弹行为的异同。水分吸着过程分为升湿和恒湿2个阶段：在升湿阶段,相对湿度由0以2%·min-1的速率分别升高至30%,60%或90%;在之后的恒湿阶段,相对湿度在30%,60%或90%下分别恒定240 min。[结果]在任一频率下,随着吸着时间的延长,木材贮存模量E＇减小,损耗因子tanδ增大,并且贮存模量的变化率｜ΔE＇｜明显小于损耗因子的变化率｜Δtanδ｜;单位含水率的贮存模量和损耗因子变化率（｜ΔE＇/ΔMC｜和｜Δtanδ/ΔMC｜）随着吸着时间的延长均减小。此外,在水分吸着过程中的任一时间节点处,贮存模量随频率的增加而增大,损耗因子随频率的增加先减小后增大,损耗因子极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内,并随着吸着时间的延长向高频方向移动;在1 Hz和20 Hz频率下贮存模量的比值约为0.98,该比值基本不随吸着时间的延长而变化,但损耗因子的比值在升湿和恒湿过程中先增大后减小,并在升湿阶段结束时达到最大值。[结论]在水分吸着过程中,水分子的＂塑化效应＂是引起木材贮存模量减小和损耗因子增大的主要原因,并且单分子层吸着水的＂塑化效应＂最为明显;机械吸湿蠕变效应的存在使得升湿阶段木材黏弹性的变化较恒湿阶段明显;在水分吸着过程中,随着含水率增加,木材细胞壁聚合物分子的运动速度加快,松弛时间减少,并且α力学松弛过程（由半纤维素玻璃化转变引起）和β力学松弛过程（基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基的回转取向运动的力学松弛过程与吸着水分子回转取向运动的力学松弛过程二者叠加而成）的转变向高频方向移动;在水分吸着过程中,含水率的变化可引发木材细胞壁的不稳定化现象,并且相对湿度的变化加剧了这种不稳定化。
关键词
杉木
吸
着
黏弹行为
频率
机械吸湿蠕变
效应
细胞壁不稳定化现象
Keywords
Chinese fir
moisture adsorption
viscoelastic behavior
frequency
mechanosorptive effect
unstable state of wood cell wall
分类号
S781 [农业科学—木材科学与技术]
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职称材料
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被引量
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1
木材普通蠕变和机械吸湿蠕变研究概述
彭辉
蒋佳荔
詹天翼
吕建雄
《林业科学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016
11
在线阅读
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职称材料
2
木材的机械吸湿蠕变
曹金珍
赵广杰
鹿振友
《北京林业大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
1998
15
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职称材料
3
水分吸着过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性
詹天翼
蒋佳荔
彭辉
常建民
吕建雄
《林业科学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016
6
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