流变学理论在抑制圆盘干燥开裂方面应用机理的研究

This research investigates thermal-dynamic properties of timber and analyzes effects of temperature and moisture content on it. Based on this research, glass transition point and softening point of the main composition in timber are identified at different temperatures and various moisture contents, and mechanism of creep is explored. Analyzes effects of heat-moisture treatment conditions, temperature and moisture content as well as their changes of timber on these factors: free shrinkage strain, elastic strain, visco-elasticity strain, mechanical adsorption creep, tangential strain distribution, moisture content distribution and heat-mass transfer patterns of tree disks during heat-moisture treatment. The immobilization mechanism of the creep by inner strain of timber disk is also investigated. This research explicates rules of transverse tensile strength limit affected by its temperature, moisture content and mechanical adsorption creep variables. Based on the study above, the research indicates application mechanism of rheology on restraining tree disks from splitting during drying, and makes mathematical prediction models of the biggest tangential strain, and determines heat-moisture treatment conditions can restrain tree disks from splitting according to the models and transverse tensile strength limit. Consequently, the research not only strengthens basic theories of timber physics and rheology, but also provides scientific proofs for developing new technics to dry and treat tree disks.

研究木材的耗角正切、储存模量、损耗模量、动态粘性系数、复数粘性系数、活化能、玻璃化转变点、热软化点等热力学特性，分析温度、含水率对其的影响，确定不同温度、含水率下木材主要组分的玻璃化转变点和热软化点，揭示蠕变机理；研究湿热处理条件、木材的温度、含水率及其变化等对圆盘在处理过程中自由干缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变、机械吸附蠕变等应变分布、弦向应力分布、含水率分布及热质迁移规律的影响；研究圆盘在内应力下蠕变的定形固化机理，圆盘横纹抗拉强度受其温度、含水率以及机械吸附蠕变量的影响规律。在上述研究基础上揭示流变学理论在抑制圆盘干燥及后续使用过程中开裂方面的应用机理，建立据处理条件预测弦向最大拉伸应力的数学模型，据模型及横纹抗拉强度确定抑制开裂的处理条件。不仅能丰富木材物理学、木材流变学等学科的基础理论体系，还将能为开发木材圆盘以及含髓心柱材干燥和处理的新工艺技术提供科学依据。

本项目研究了落叶松和白桦木材储存模量、玻璃化转变温度（热软化点）等热力学特性，解析了温度、含水率对其的影响规律，确定了不同含水率下两种木材的热软化点，揭示了蠕变机理；以桦木圆盘为对象，研究了其生长特性对其干燥开裂特点的影响，系统研究了湿热处理条件、木材的温度、含水率及其变化等对圆盘在处理过程中自由干缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变、机械吸附蠕变等应变分布、弦向应力分布及含水率分布的影响，处理过程中圆盘的热质迁移规律；探讨了圆盘在内应力下蠕变的定形固化机理。在上述研究基础上探讨了流变学理论在抑制圆盘干燥及后续使用过程中开裂方面的应用机理，建立了据处理条件预测弦向拉伸应力的数学模型，据模型及横纹抗拉强度确定了抑制开裂的处理条件。不仅能丰富木材物理学、木材流变学等学科的基础理论体系，还将能为开发木材圆盘以及含髓心方材干燥和处理的新工艺技术提供科学依据。  .重要结果概述如下：.1）研究了白桦与落叶松动态黏弹性特性随温度、含水率变化的规律。结果表明，落叶松和白桦的玻璃化转变温度（Tg）均随含水率的升高不断降低。落叶松的Tg在0%-8%的含水率范围内从140℃降低到了86℃，含水率每增大1%，其平均下降6.75℃；白桦的Tg在2.3%-8.0%的含水率范围内从124℃降低到了86℃，含水率每增大1%，其平均下降6.67℃。落叶松与白桦的Tg随含水率变化的规律近似为线性关系，分析确定了其关系式。通过二元回归方程建立了不同初含水率下落叶松与白桦试材储能模量随温度变化的关系。.2）关于树盘生长特性对干燥开裂特点影响的研究结果表明，树木不同部位、不同径级、不同圆度的树盘，在相同干燥工艺下开裂初期差异很大；温度高时平均开裂期超前、开裂值增大；最初开裂产生位置大多为心边材交界处。.3）干缩异向性对树盘弦向流变特性作用机理的研究结果表明，纤维饱和点之下，树盘弦向首先受拉伸应力作用，随含水率降低拉伸应力将逐渐转变为压缩应力。机械吸附蠕变随含水率的降低而升高，弹性应变和黏弹性蠕变则与之相反；沿髓心至树皮方向，弹性应变先增大后减小，而机械吸附蠕变呈明显增大趋势；干缩异向性是树盘干燥过程中应变产生的主要原因，也是干燥及使用过程引起开裂的主要因素之一。.4)干缩异向性与含水率梯度对树盘弦向流变特性作用机理的研究结果表明，树盘弦向首先受拉伸应力作用，随着含水率的降低拉伸应力转变为压缩应力，应力转向前，干缩