熱磨法動態(tài)壓縮載荷作用木材原料解離試驗(yàn)與建模研究.pdf

1、在纖維制備過程中，熱磨法是纖維原料制備的主要方法。熱磨法是對木材原料進(jìn)行蒸煮軟化后，再利用磨片施加動載荷作用促使木材原料迅速發(fā)生彈性變形、塑性變形直至破碎解離為木材纖維的生產(chǎn)方法。揭示熱磨法動態(tài)壓縮載荷作用木材原料的解離機(jī)理可以深入的開展纖維分離基礎(chǔ)理論研究，創(chuàng)新完善纖維分離理論;可以優(yōu)化熱磨機(jī)設(shè)計(jì)和磨片的齒形結(jié)構(gòu)，提高熱磨機(jī)和磨片的性能、制備纖維的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，有助于纖維生產(chǎn)中的節(jié)能降耗。本文的研究內(nèi)容受國家自然基金面上項(xiàng)目“連續(xù)動

2、載作用解離木纖維的分形機(jī)理與建模研究(31070499)”、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（博導(dǎo)類）“基于CFD纖維分離運(yùn)動特征與能量轉(zhuǎn)換機(jī)理研究(20130062110005)的資助”?！盁崮シ▌討B(tài)壓縮載荷作用木材原料解離試驗(yàn)與建模研究”具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　通過對纖維分離生產(chǎn)工藝與實(shí)際工況分析，依據(jù)沖擊動力學(xué)、應(yīng)力波理論與加載技術(shù)，采用SHPB試驗(yàn)裝置進(jìn)行動態(tài)壓縮載荷作用下木材原料的解離試驗(yàn)。選擇不同樹

3、種楊木、樺木和水曲柳進(jìn)行不同方向、含水率和應(yīng)變率等試驗(yàn)條件下的動態(tài)壓縮加載試驗(yàn)，研究加載方向、含水率和應(yīng)變率對木材原料解離特征的影響。研究表明:弦向加載試件最易解離，徑向加載次之，而軸向加載試件最難解離;全飽和試件的解離程度大于氣干試件;試件的解離程度隨應(yīng)變率的增大而增大。楊木、樺木和水曲柳動態(tài)壓縮載荷作用的解離特征試驗(yàn)分析，為動態(tài)壓縮載荷條件下木材原料動態(tài)力學(xué)特性研究提供了理論依據(jù)。
　　通過試驗(yàn)分析研究動態(tài)壓縮加載條件下楊木、

4、樺木和水曲柳的動態(tài)力學(xué)特性，研究試件水分、加載應(yīng)變率狀況和試件密度對木材原料動力學(xué)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn):低應(yīng)變率加載條件下，楊木、樺木和水曲柳試件的應(yīng)力—應(yīng)變曲線由線彈性階段、屈服后弱線性強(qiáng)化階段和密實(shí)化階段三部分組成;高應(yīng)變率加載條件下，楊木、樺木和水曲柳試件的應(yīng)力—應(yīng)變曲線沒有密實(shí)化階段;從楊木、樺木和水曲柳試件的屈服強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度值分析表明，試件材料是應(yīng)變率敏感材料;試件內(nèi)的自由水在高應(yīng)變率情況下主要體現(xiàn)為減弱木材強(qiáng)度的作用。研究

5、結(jié)果為后續(xù)木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用的解離與能量耗散機(jī)制的研究，以及本構(gòu)模型的建立奠定了理論基礎(chǔ)。
　　依據(jù)木材原料動態(tài)壓縮載荷作用的解離特征與動力學(xué)特性，結(jié)合材料力學(xué)、木材學(xué)等理論分析木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用發(fā)生彈性變形、塑性變形、直至破碎的解離與能量耗散機(jī)制，分析應(yīng)變率對木材原料解離機(jī)制的影響，建模描述木材原料解離的能量耗散機(jī)制;建立動態(tài)壓縮載荷作用下木材原料壓縮解離率相關(guān)的本構(gòu)模型，并通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析驗(yàn)證本構(gòu)模型

6、的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，建立的本構(gòu)模型較好的反映了動態(tài)壓縮加載過程中木材試件應(yīng)力—應(yīng)變曲線的宏觀響應(yīng)，驗(yàn)證本構(gòu)模型能夠準(zhǔn)確的反映木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用發(fā)生解離的過程，為熱磨法纖維分離設(shè)備結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化提供理論支撐。
　　通過對熱磨機(jī)磨片的結(jié)構(gòu)、種類與功能的說明，分析了齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置與磨片纖維分離性能評價(jià)參數(shù)之間的聯(lián)系，研究了齒槽寬度、磨齒傾角、周向齒及磨片坡度等磨片齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)對纖維分離作用機(jī)理的影響作用，并結(jié)合木材原料受動

7、態(tài)壓縮載荷作用理論與建模研究的結(jié)果，建立了一種提高木材原料受載頻次的磨片齒形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，闡釋磨片齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)與纖維分離機(jī)理之間的關(guān)系，優(yōu)化磨片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　熱磨法動態(tài)壓縮載荷作用下木材原料解離試驗(yàn)與建模研究，深入剖析了木材原料在動態(tài)壓縮載荷作用下的動力學(xué)特性，木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用的解離機(jī)理;分析了磨片磨齒結(jié)構(gòu)參數(shù)對磨片纖維分離作用機(jī)理的影響，揭示了磨片齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)對纖維分離的作用，為熱磨法纖維制備工藝、纖維分離設(shè)備結(jié)構(gòu)和