动态力学分析技术在木材科学研究领域的应用

动态力学分析技术(DMA)通过材料的结构和分子运动状态表征材料的力学性能。木质材料的力学性能本质上是分子运动状态的反映,利用DMA可以架构其结构与性能之间的关系,获得木质材料的结构、分子运动及其转变等重要信息。分别总结了DMA在实体木材和木质复合材料中的应用:围绕实体木材,综合评述了DMA在分析木材材性、软化行为、机械吸湿效应以及早期腐朽程度方面所取得的研究进展;针对木质复合材料,重点介绍了DMA在分析其阻尼性能、胶合性能、界面相容性能和耐老化性能等方面的应用。建议今后的研究重点从以下3个方面展开:1)考虑到实体木材自身组织结构的复杂性以及易受环境影响等特点,采用DMA分析仪不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,在一定温湿度场中系统研究实体木材的材性与软化行为和机械吸湿效应的关系。2)利用DMA分析仪的单纤维拉伸模式,探索单根纤维(管胞、木纤维细胞)的黏弹行为,进一步明晰木质材料微观黏弹性能的响应机制。3)联用振动光谱(红外光谱或拉曼光谱),实现同步实时观察木质材料形变过程中组成分子的化学键或官能团的变化及响应,进而从分子水平揭示木质材料的形变规律。

基因工程改良木材性质研究进展

随着我国木材产量难以满足日益增长的木材需求,人工林在缓解国内木材市场供需矛盾上发挥着越来越重要的作用。我国人工林面积居世界首位,但木材性质较差,限制了其应用范围,培育性质优良的人工林木材具有重要意义。利用基因工程技术可以从源头有效提高人工林木材的性质,进而提高木材质量,在有限林地上实现资源的高效利用。本文综述基因工程技术对人工林木材化学、构造及其物理力学性质的影响,以期为人工林木材性质基因工程改良的研究和应用提供参考。基因工程改良对木材化学组成的影响主要体现在木质素含量和木质素单体比例、纤维素和半纤维素及其他化学成分的变化上,选择不同的目的基因将对木材化学组成产生不同的影响,其中利用基因工程降低木材木质素含量的研究最为活跃。基因工程改良对木材构造的影响主要体现在细胞形态和微纤丝取向的变化上,现有研究表明通过基因工程改良能有效提高人工林木材纤维质量,进而提高纸浆质量,而且基因工程改良还会对木材微纤丝角产生影响;木材细胞形态和微纤丝角的改变会引起材性的变化,为通过基因定向改变木材细胞形态或微纤丝角,进而达到人工林木材材性改良的目的提供了思路。基因工程改良对木材的物理力学性质也具有显著影响,已有研究发现多种目的基因可对木材密度、干缩湿胀率和木材强度等产生影响。目前,有关人工林木材性质基因工程改良的研究仍处于初级阶段,尚有一些问题需要进一步解决,建议今后的研究重点可从以下3方面展开:1)转基因植株细胞壁的物质形成受到精细的时空调节,因此应考虑时间和环境因素对基因工程改良木材所造成的影响,深入研究基因工程改良木材优良性质的稳定性,探索有利于基因稳定表达的培育环境和措施;2)虽然基因工程改良会对木材化学、构造及其物理力学性质等造成影响,但是木材性质经同一种基因改良后变化程度有差异,因此有必要寻找能稳定遗传的基因并提高基因表达水平的方法;3)基因工程改良木材基础性质的研究还远远不足,需要重点研究基因工程改良人工林木材化学组成、构造及其物理力学性质等方面的变化,寻找能稳定改善木材性质的基因,建立一个完整可靠的基础数据库。

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将“正交胶合木”概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点“预增强”方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%~36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。

细胞壁微纤丝角和结晶区对木材物理力学性能影响研究进展

木材是由不同种类的细胞组成的天然材料,其实体物质是组成其结构的各类型细胞的细胞壁。细胞壁的超微构造主要包括微纤丝和结晶区,微纤丝角能表征纤维素微纤丝的取向,纤维素大分子链排列的有序程度及排列形态决定其结晶程度和微晶形态等结晶区特征。基于前人的研究,系统概述了细胞壁微纤丝和结晶区对木材物理力学性能影响的研究进展,重点围绕微纤丝角和结晶度2个方面,分别归纳了二者对木材密度、尺寸稳定性、木材声学等物理性质以及弹性模量、强度等力学性质的影响作用,同时阐述了微纤丝角与木材硬度和刚度以及结晶度与冲击韧性等的相互关系,并概述了细胞壁微晶形态对木材润湿性和纤维强度影响方面的研究进展,最后对今后的研究方向进行了展望。

杉木无性系新品种‘洋020’和‘洋061’10年生幼龄材微观结构与力学性能的相关性

【目的】阐明杉木无性系间幼龄材的力学性能差异,筛选力学性能优良的无性系,探究影响杉木幼龄材力学性能的微观结构特征,为杉木优良无性系选育、杉木木材加工利用和加工工艺研发提供科学依据。【方法】以福建洋口国有林场杉木无性系品种比对示范试验林中2个经国家认定的杉木无性系新品种‘洋020’和‘洋061’10年生幼龄材为试验材料,各采伐8株标准株作为样木。按照国标加工、制备主要力学性能试件,测定木材抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和硬度,应用光学显微图像分析系统、X射线衍射、傅里叶变换红外显微成像等技术观测样品显微构造并测量微纤丝角、结晶度和木质素含量。采用单因素方差分析进行数据处理,系统分析2个杉木无性系幼龄材微观结构与力学性能的相关性。【结果】杉木无性系‘洋020’早材管胞形态与‘洋061’较为接近,但年轮晚材区比‘洋061’宽,管胞壁较厚,管胞腔较小,壁腔比较‘洋061’约大25%。‘洋020’的平均微纤丝角为12.06°,较‘洋061’(14.97°)约小18%;平均结晶度为39.73%,较‘洋061’(35.88%)高11%左右;木质素含量特征峰高比的平均值较‘洋061’高8%左右;平均抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和硬度分别为51.36 MPa、10.18 GPa、30.27 MPa和1 497 N,较‘洋061’的平均抗弯强度(42.56 MPa)、抗弯弹性模量(8.98 GPa)、顺纹抗压强度(27.20 MPa)和硬度(1 391 N)分别高21%、13%、11%和8%。【结论】除结晶度外,杉木无性系‘洋020’与‘洋061’幼龄材在解剖构造参数、微纤丝角和木质素等微观结构因子方面均存在显著性差异,‘洋020’幼龄材的抗弯、抗压和硬度等力学性能均高于‘洋061’。杉木无性系幼龄材管胞壁厚度、壁腔比等解剖构造参数以及木质素含量与力学性能呈正相关,细胞壁纤维素微纤丝角与力学性能呈负相关,这些微观结构因子的协同作用影响其力学性能。评价杉木无性系幼龄材木材力学品质性状,解剖构造参数和微纤丝角是最主要的判断依据。

杉木正交异向蠕变行为的时温等效性

【目的】探究时温等效原理在杉木正交异向蠕变行为中的适用性及其特点。【方法】以含水率约0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态热机械分析仪DMA 2980,在30~150℃范围内,基于一系列20 min蠕变试验分别获得3个应力水平和不同恒定温度水平下杉木轴向、径向和弦向的蠕变曲线。将其他温度下的蠕变曲线通过水平移动因子平移并叠合连接至参考温度(本研究中为30℃)曲线,生成一定时间范围内的蠕变主曲线。分析形成主曲线相邻分曲线叠合处的应变量以及应变量斜率是否相同,判定主曲线是否光滑。利用最小二乘拟合法,运用WLF方程和Arrhenius方程对水平移动因子与温度的关系曲线进行拟合。【结果】蠕变应变量随应力水平或温度水平增大而增加;不同方向试样的应变量之间存在明显差异:轴向试样的应变量显著低于横向(弦向和径向)试样,弦向试样的应变量约为径向试样的2倍;叠合生成主曲线时,径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可生成光滑的蠕变主曲线,主曲线跨越的时间由103s延长至107s;轴向试样仅通过水平移动因子无法生成光滑的蠕变主曲线,经垂直移动因子修正后的各轴向蠕变曲线能够叠合出光滑的主曲线,与未经垂直移动因子修正的蠕变主曲线相比,其跨越的时间由约105s降低至约104.5 s;三方向试样水平移动因子与温度关系曲线在30~150℃内满足WLF方程,标准误差小于13.41%。【结论】时温等效原理在30~150℃范围内描述木材正交异向蠕变行为是适用的;轴向试样蠕变行为时温等效的构建需通过水平移动因子和垂直移动因子的共同作用,而径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可使得时温等效原理适用;三方向试样蠕变主曲线水平移动因子与温度的关系曲线均满足WLF方程。

盐酸文拉法辛缓释胶囊的中试放大试验与体外释放特性研究

目的采用流化床制备盐酸文拉法辛缓释胶囊,并进行中试放大研究和考察体外释放特性,为建立缓释制剂质量控制、研发及中试平台奠定基础。方法采用流化床批量递增设计,以质量分数、收率、效率考察中试放大工艺,以不同释放条件(介质、方法、转速)探讨体外释药机理。结果调整好参数,特别是控制包衣区温度、隔圈内风速、雾化液滴大小,在制备规模放大过程中尽量相近,可以将小试工艺顺利放大到中试;不同的释放介质、释放方法、转速对盐酸文拉法辛缓释胶囊释放度基本没有影响,体外释药符合一级释放模型。结论小试工艺可顺利放大到中试,为进一步大生产奠定基础。

基于模型分析的核电交付模式选择

在核电工程项目的前期决策阶段做出最合适的交付模式选择,对核电业主来说至关重要。交付模式选择过程需要考虑多重因素。介绍宏观视角下的开发环境模型和微观视角下的企业能力模型等核电工程交付模式选择方法,以期解决各项因素如何衡量的问题。实践证明是有效的,在国家“一带一路”政策下核电“走出去”实践中应用是有前景的。

核电工程咨询服务定价方法探讨

分析工程咨询服务及相关咨询报告的现有定价方法:成本定价法和竞争定价法。在此基础上提出基于咨询报告的等级及其开发流程的核电工程咨询服务定价方法,较好地解决了现有方法的相关缺陷。

一种结合NDVI与图像变换的林地变化检测方法

森林资源的变化与更新情况一直是我国自然资源监管的重要内容,是新阶段“森林资源一张图”与“森林督查”工程的工作重点之一。传统的工程林地变化检测方式主要是通过目视解译逐影像、逐区域的提取变化图斑,费时费力。通过2017与2018年两个时期的影像数据,文章提出了一种利用归一化植被指数(NDVI)与Gamma图像变换的操作流程,便捷地提取了薛埠镇林地变化图斑的方法。经过对比验证与分析,方法可有效实现研究区变化林斑的辨识。该方法简单易操作,便于技术转化、普及与应用,在森林资源监测普查的相关项目中有较高的应用价值。

竹质复合工程材料受弯构件试验研究进展

现代竹结构建筑尚无相关的设计规范，对其主要承载构件的基础研究和设计参考依据研究显得尤为重要。文中简要综述了近年来国内外竹质复合工程材料受弯构件试验研究进展，从3个角度阐述了竹材在竹质复合工程材料中所起的作用，并对竹质复合工程材料的研究应用提出了展望。

鼻喷雾剂雾滴粒径的一致性分析

以盐酸氮斯汀鼻喷雾剂为模型药,建立了一种采用激光粒度仪测定溶液型鼻喷雾剂含药气溶胶粒度分布的方法,并考察了触发力和喷雾距离对雾滴粒度分布的影响。结果显示,触发力对雾粒粒度分布的影响显著。继而对不同厂家(A厂和B厂)、不同批次产品中气溶胶粒径及分布的批内、批间一致性进行分析。结果显示,A厂产品粒度分布的批内、批间变异性均优于B厂产品,A厂和B厂产品的粒度分布结果具有一定的差异,可能与处方、工艺等因素相关。因此,鼻喷雾剂产品开发过程中应加强喷雾粒径及分布的检测方法探究和产品对比研究。

Study Situation of Properties and Modification of Masson pine in China

Masson pine(Pinus massoniana) is one of the main pine species in China.It is the most extensively distributed,it is the largest in number,and its use is extensive.This paper deals with the study situation of the property variation of the tree and the effect of external conditions on its properties in China,including pine wood modification(degreasing,mould prevention and improvement of dimensional stability).