影響木材干燥應(yīng)力與應(yīng)變得出的結(jié)論!

初探木材干燥過程中應(yīng)力與應(yīng)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(yīng)力，又有殘余應(yīng)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(yīng)變已經(jīng)消失，此后繼續(xù)影響干燥質(zhì)量的是殘余應(yīng)力。

 

　　1．木材徑弦向干縮不一致引起的應(yīng)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(yīng)力與變形情況。

 

　　a徑切板

 

　　板面均是徑切面，板厚都為弦向，干縮均勻，不會(huì)引起附加的應(yīng)力和變形。

 

　　b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(shí)其力向外板面翹曲，但實(shí)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(yīng)力，而內(nèi)板面產(chǎn)生附加壓應(yīng)力。這種應(yīng)力與含水率梯度無關(guān)。外板面的附加拉應(yīng)力與含水率不均勻引起的表面拉應(yīng)力相疊加，很容易引起外板面的表裂。

 

　　c帶髓心的方材

 

　　其四個(gè)表面接近弦切面，其干縮量比直徑方向的大，干燥時(shí)四個(gè)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(yīng)力，中心區(qū)域產(chǎn)生附加的壓應(yīng)力。這種應(yīng)力同樣與含水率梯度無關(guān)。這種附加的表層拉應(yīng)力與干燥初期含水率梯度引起的拉應(yīng)力相疊加，很易引起表裂和徑裂。所以帶髓心的方材，干燥時(shí)很容易產(chǎn)生缺陷。木材厚度上含水率不均引起的應(yīng)力與變形.

　　2．木材厚度上含水率不均引起的應(yīng)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(dòng)，則厚度上含水率分布、應(yīng)力與變形的變化可按四個(gè)階段分析：

 

　　a.干燥初始尚未產(chǎn)生應(yīng)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(diǎn)之上，不產(chǎn)生干縮，因而不產(chǎn)生應(yīng)力。

 

　　b.干燥初期，應(yīng)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)以下，以內(nèi)區(qū)域仍高于纖維飽和點(diǎn)。隨著干燥的進(jìn)行，“濕線”不斷向內(nèi)移動(dòng)。

 

　　木材表層因含水率在纖維飽和點(diǎn)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(diǎn)、尺寸不變，因而牽制表層的干縮，故表層因該牽制受拉應(yīng)力，內(nèi)部則同時(shí)受壓應(yīng)力。又因?yàn)楦稍锍跗谀静臋M斷面上，含水率降到纖維飽和點(diǎn)以下的區(qū)域較薄，相應(yīng)受拉應(yīng)力的區(qū)域較小，而受壓應(yīng)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(yīng)力較小，而表層單位面積上的拉應(yīng)力相當(dāng)大，且很快發(fā)展、達(dá)到最大拉應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力大于表層抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，即產(chǎn)生裂紋。這也是干燥初期易產(chǎn)生表裂的主要原因。

 

　　由于木材是彈性-塑性體，當(dāng)表層拉應(yīng)力超過其比例極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，或拉應(yīng)力雖沒超過比例極限，但受力時(shí)間長會(huì)產(chǎn)生蠕變，從而產(chǎn)生塑化固定。

 

　　隨著干燥過程的進(jìn)行，“濕線”不斷內(nèi)移，即表層以內(nèi)的一些區(qū)域也逐漸降到纖維飽和點(diǎn)之下，受拉應(yīng)力的區(qū)域逐漸擴(kuò)大，而內(nèi)部在纖維飽和點(diǎn)以上的受壓應(yīng)力作用的區(qū)域則逐漸減小。因此，表層單位面積上的拉應(yīng)力逐漸減小，而內(nèi)部單位面積上的壓應(yīng)力逐漸增大，并達(dá)到最大值，但內(nèi)層壓應(yīng)力發(fā)展較慢。

 

　　c.干燥中期，內(nèi)外應(yīng)力暫時(shí)平衡階段。該階段表層由于嚴(yán)重的拉伸塑化固定，產(chǎn)生受限干縮，表層的梳齒長度比自由干縮應(yīng)該達(dá)到的尺寸長。由于其屬自由干縮或因壓縮塑性變形而使其尺寸逐漸接近并暫時(shí)等于外層尺寸，這時(shí)木材中的內(nèi)外層的應(yīng)力暫時(shí)平衡。

 

　　d.干燥后期，應(yīng)力外壓內(nèi)拉階段。該階段“濕線”繼續(xù)內(nèi)移，木材橫斷面上含水率梯度減緩，由于表層塑化固定已停止了干縮，因而硬化的表層及纖維飽和點(diǎn)之上的心層牽制了中間層的收縮，使中間層產(chǎn)生拉應(yīng)力、表層及心層產(chǎn)生壓應(yīng)力，表層和中間層發(fā)生了應(yīng)力轉(zhuǎn)變。繼續(xù)干燥，“濕線”消失，即木材各部位含水率都降到纖維飽和點(diǎn)之下，此時(shí)內(nèi)部各層都在表層牽制下產(chǎn)生受限干縮，因而都受拉應(yīng)力，表層迅速達(dá)到最大壓應(yīng)力，內(nèi)部拉應(yīng)力亦相繼達(dá)到最大值。當(dāng)該拉應(yīng)力大于內(nèi)部抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，即產(chǎn)生裂紋。這也是干燥后期易產(chǎn)生內(nèi)裂的原因。由此可知，內(nèi)裂主要由干燥前期的嚴(yán)重塑化固定引起。