Size effect on longitudinal MOE of microtomed wood sections and relevant theoretical explanation

It has been repeatedly observed that the mechanical properties of microtomed wood sections are significantly lower than those of samples of normal size, but few investigations have been conducted to deal with this topic, especially based on theoretical approaches. We measured the longitudinal MOE of Chinese fir on microtomed sections ranging in thickness from 70 to 200 μm and compared these with the values of samples of normal size. The results indicate that the MOE of microtomed wood sections increases with thickness from 70 to 200 μm, but is significantly less than that of normal samples. A size effect coefficient of 2.63 is inferred based on statistical data for samples of normal size and 200 μm thick microtomed sections. Finally, an explanation based on a complete shear restraint model of cell walls and a single fiber multi-ply model is proposed for the size effect on stiffness of microtomed wood sections.

基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法

木窗是一种以木材或木质复合材料为主要构件的门窗产品,具有良好的生态性能和美观效果,适用于多种建筑形式和风格,其中木窗尺寸是衡量木窗加工是否合格的重要指标。对于传统木窗双端铣削加工中人工测量尺寸方式存在的精度低、效率低等问题,提出一种基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法,以期提高尺寸测量精度及加工效率。该方法针对木窗厚度引起的透视效应,提出一种物平面提升法,以消除透视投影带来的误差。首先对木窗图像采取灰度化、平滑去噪、图像增强及轮廓分割等举措,完成图像预处理,提取出木窗内外轮廓区域。对轮廓区域应用Canny算子获取木窗像素级轮廓。通过优化的Zernike矩亚像素边缘提取算法对木窗像素级边缘进行更精确的定位,得到亚像素级轮廓坐标。通过最小二乘法联合RANSAC算法对亚像素轮廓坐标进行拟合,得到拟合轮廓及角点坐标,并使用透视矫正模型计算出木窗尺寸。实验利用3种厚度规格相同但尺寸不同的松木材质矩形木窗,分别测量其内框和外框的边框尺寸及对角线尺寸,并与对应的实际物理尺寸对比,验证了所提木窗尺寸测量方法的检测精度。研究结果表明,所提方法与实际物理尺寸值相比,其绝对误差范围在±0.12 mm之内,相对误差在±0.1%之内,且效率及精度高,可以满足对木窗的在线尺寸检测。

毛白杨木材/MOF-5复合材料的制备及甲苯吸附性能研究

优化MOF-5的合成工艺,确定金属中心与有机配体的最佳配比,并基于最佳配比通过真空浸渍和水热作用在毛白杨木材孔隙内部原位合成MOF-5,制备毛白杨木材/MOF-5复合材料,并对毛白杨木材/MOF-5复合材料的微观形貌、结合机理、孔隙结构和甲苯吸附性能进行表征。结果表明,当金属中心与有机配体物质的量比为1∶3时,合成的MOF-5晶体粒径较小,BET比表面积为268.729 m^(2)/g,孔容为0.136 cm^(3)/g,且具备典型的MOF-5晶体X射线特征峰。在毛白杨木材孔隙内部原位合成的MOF-5的平均负载量为22.6%;红外光谱的分析结果显示MOF-5与毛白杨木材通过氢键和静电相互作用相结合。扫描电镜、压汞法和氮气吸/脱附测试的孔隙结构表明,MOF-5填充了毛白杨木材中的部分大孔和介孔,增加了微孔的比表面积和孔容。常温常压下毛白杨木材/MOF-5复合材料对甲苯的最大吸附量为16.07 cm^(3)/g,展现了较好的甲苯吸/脱附性能。毛白杨木材/MOF-5复合材料在气体吸附与分离领域展现了较好的应用潜力,这为速生木材作为吸附材料的功能化应用提供了参考。

木皮在汽车智能内饰表面透光性能研究

为满足客户对汽车座舱驾驶性和舒适性需求,汽车内饰研发设计趋向智能化和集成化发展。针对内饰透光表皮材质透光率低及表面图标显示不清晰等问题,以木皮在汽车内饰件应用为研究开展相关透光率实验及图标透光研究。结果表明,木皮的透光性能取决于木皮材料、厚度及表面处理技术。在满足木皮表面图案透光性能条件下,木皮表面孔径及孔距需满足尺寸要求。通过透光性能研究为木皮大量应用于汽车智能内饰提供参考。

含批量加工设备的木门流水车间排产方案

针对包含批量加工工序的两阶段实木复合流水车间排产问题,建立了该问题的混合整数规划模型。根据拉式生产方式和木门加工工艺特点,将原问题拆分为独立的两阶段子问题;针对第2阶段子问题基于Dantzig-Wolfe分解转化为集合划分模型,采用分支定价算法获得其最优整数解;根据第2阶段整数解求解第1阶段子问题,得到该车间这两阶段的排产方案。通过算例分析验证了所提算法可求解大规模木制家具批量生产问题,并能在牺牲少量最优值的情况下,高效快速地得到排产方案。

纤维粒径对荔枝修枝木/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

为了解决荔枝修枝木的利用问题,以荔枝修枝木纤维和高密度聚乙烯为主要原料,采用挤出成型的方法制备荔枝修枝木/HDPE复合材料(LWPC)。采用热重法测定荔枝木的热稳定性,利用体式显微镜观察荔枝木纤维形态,分析荔枝木纤维粒径对LWPC性能的影响。结果表明:荔枝木纤维初始降解温度为255℃;随着荔枝木纤维粒径的减小,其长径比先增大后逐渐减小。在动态流变测试中,随着荔枝木纤维粒径的减小,LWPC熔体的平衡转矩和平衡剪切热先降低后升高,储能模量、损耗模量和复数黏度增加。在动态热机械测试中,随着荔枝木纤维粒径的减小,LWPC的储能模量、损耗模量逐渐增大。LWPC的密度、吸水率、弯曲及拉伸性能呈现增大趋势,吸水厚度膨胀率则呈减小趋势。综合考虑LWPC的加工流变性能和物理力学性能,宜选用粒径<300μm的荔枝木纤维,制得LWPC的弯曲强度、弯曲模量最高分别为31.11 MPa、2.91 GPa,达到GB/T 24137—2009《木塑装饰板》的要求。

木材压缩吸能特性的尺寸与形状效应

【目的】解析试样尺寸和形状对木材压缩吸能特性的影响,指导木材压缩吸能特性的科学测试和评价。【方法】通过准静态大变形压缩试验,分别考察了毛白杨、杉木、泡桐和轻木4种木材,在不同截面尺寸(20 mm×20 mm、50 mm×50 mm)、不同截面形状(圆形Φ20 mm、方形20 mm×20 mm)下的压缩力学响应和吸能特性,并通过t检验分析其差异显著性。【结果】(1)木材“三段式”压缩应力–应变曲线不受试样尺寸和形状影响。(2)木材顺纹压缩破坏强度尺寸效应显著,强度随试样尺寸增大而减小,泡桐和轻木的顺纹压缩强度由小尺寸试样的30.94和14.56 MPa,分别减小至大尺寸试样的26.06和13.37 MPa,尺寸效应系数分别为0.84和0.92;木材横纹压缩强度、顺纹和横纹的破坏特征与吸能特性无明显尺寸效应。(3)木材顺纹压缩强度形状效应显著,圆形试样强度低于方形试样,形状效应系数为0.88~0.93;木材压缩破坏特征和吸能特性的形状效应与树种特性相关,杉木、泡桐和轻木的破坏模式以及吸能特性均不受形状影响;毛白杨吸能性能形状效应显著,圆形试样吸能性能优于方形试样。(4)木材密度越大,其尺寸和形状效应越明显。【结论】低密度轻软木材的吸能特性无尺寸和形状效应,建议采用取材易、加工简便、耗材少、成本低的小尺寸方形试样进行压缩吸能测评。

木材树种批量检验抽样方案的研究

批量木材检验既要保证合理的精度,又要考虑检验人员的工作强度,因此研究批量木材检验的抽样方案具有重要意义。为制定按批量百分比分配的随机抽样方案,根据木材分类方法,整合历史抽样数据,使用MATLAB拟合并建立回归方程。在随机抽样方案的基础上研究复杂抽样的设计效应(design effect,deff),并增加了放宽和加严的规则。采用分层抽样模式,根据不同分类方法设定检验批次,制定了单一树种类或多树种类分组的随机抽样、多树种类未分组的随机抽样和现场无法判断样本信息的随机抽样三种方案。所有研究方案与现行抽样方案的对比和实际验证,在参数区间和执行方面均具有可行性,加快了批量木材抽样中样本量的计算。本研究对于木材现场检验具有更好的适用性,可以提高木材检验工作的效率。

纤维粒径对木塑复合材料抗老化性能的影响

研究了不同粒径木纤维(120 mesh^80 mesh、80 mesh^40 mesh、40 mesh^20 mesh、20 mesh^10 mesh)增强的高密度聚乙烯基复合材料的抗紫外加速老化性能。研究表明,含较大粒径木纤维的木塑复合材料抗弯曲性能最好,但冲击强度最差。经过2000 h的紫外加速老化后,复合材料的抗弯强度和弹性模量损失最大分别可达18%和34%,但抗冲击性能有所增强,其中20 mesh^10 mesh木纤维复合材料的冲击强度变为最大值。扫描电子显微镜观察到纤维粒径大的复合材料老化后破坏较严重,傅里叶变换红外光谱分析认为表面有氧化发生,但凝露时水分冲刷影响了表面氧化探测的准确性。

钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析

目的分析钢管-木-混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能,研究不同参数对其受力性能的影响规律。方法合理地选用钢材、混凝土、木材的本构关系,采用非线性有限元软件ABAQUS对钢管-木-混凝土轴压短柱进行有限元模拟,分析典型构件的荷载-位移曲线。结果随着木材截面尺寸的增大,构件的初始刚度不变,极限承载力呈现小幅度增长,荷载-位移曲线下降段逐渐变缓,构件延性得到有效改善,但木材截面尺寸过大构件延性优势有所减弱;随着钢管壁厚、钢材强度和混凝土强度的增大,构件荷载-位移曲线的弹性阶段变化不明显,构件的承载力增大。结论在钢管混凝土中加入木材后,利用木芯轻质高强的特点替代核心混凝土,可以显著减轻结构自重,有效延缓混凝土裂缝的开展,改善组合柱的延性性能。

木屑对烧结页岩多孔砖研究

以页岩为原料,通过添加的不同木屑掺量（0%、10%、15%、20%）和不同的木屑颗粒级配（1.5～2.0 mm,1.0～1.5mm,0.5～1.0 mm和0.120～0.5 mm）,烧结制成轻质烧结页岩砖;研究轻质烧结页岩砖的体积密度、导热系数和抗压性能。结果表明,当颗粒级配为0.5～0.12 mm,木屑掺量不大于10%,满足烧结普通页岩砖的基本要求。进一步研究了不同颗粒级配混合后对抗压强度的影响,为烧结制成轻质烧结页岩砖提供依据。

中国木材改性研究最近十年进展

随着国家天然林保护工程的实施 ,人工林木材的大量利用已成为解决木材供需矛盾的重要途径 ,对一些材质较差的人工林木材的改性也成为迫切需要解决的重点课题。概述了我国木材科学界在木材颜色处理、软化处理、尺寸稳定化处理、强化处理以及阻燃处理等方面最近 10年的研究成果 ,并提出了发展方向 。

三种季铵盐防腐剂对木材尺寸稳定性和材色的影响

针对市售季铵盐及其改性产品处理后木材的增重率、吸湿性、尺寸稳定性、材色变化进行试验研究,结果显示:试样的增重率随季铵盐防腐剂浓度的增加而明显增大;不同的季铵盐防腐剂对试件的吸湿性有不同影响;季铵盐防腐剂处理后试样的体积变化不大;季铵盐防腐处理会使材色加深,防腐剂浓度越高材色变化越显著。

基于最小二乘法的落叶松木粉粒径数学建模与分析

【目的】建立落叶松木粉粒径与长宽比的数学模型，通过分析数学模型和其二阶导数，揭示木粉长宽比随粒径减小的变化趋势及变化的根本原因，获得最大长宽比对应的粒径，为建立长宽比与力学性能之间的定量关系提供参考。【方法】利用光学显微镜拍摄获得木粉的显微图像，测算获得目标木粉成熟管胞的平均长度、平均宽度以及木粉粒径的大小。通过数字图像处理技术提取单木粉颗粒的矩形度、长宽比：将原始木粉显微图像由 RGB颜色空间转到Lab颜色空间，提取其b分量；对b分量图像用3＆#215;3模板进行中值滤波；用K-means算法将去噪后图像聚类为2类，得木粉的二值图像；对二值图像用5＆#215;5的结构元素进行先开启后闭合的数学形态学运算；用八连通区域法标记图像中的单木粉颗粒；对标记后图像用目标区域像素点个数统计法计算获得单木粉颗粒的几何面积，用主轴法获得单木粉颗粒的最小外接矩形的长、宽、面积；计算获得单木粉颗粒的长宽比、矩形度数据。采用最小二乘法对木粉粒径与长宽比进行数据拟合，通过分析评判多项式、高斯和傅里叶3种拟合函数后选用高斯方程表达得木粉粒径与木粉长宽比的数学模型，再根据其拟合曲线方程计算得其二阶导数，结合模型的二阶导数和测算得的木粉管胞数据对高斯模型进行分析与讨论。【结果】矩形度不随木粉粒径的减小而变化，均值在0.6～0.8之间。长宽比随粒径减小出现先增大后减小的趋势：木粉粒径在1100～576μm 时，长宽比数值从接近于1开始逐渐增大；木粉粒径为576μm时（与本文目标木粉成熟管胞的平均长度563.82μm接近），长宽比达到最大数值4.6；木粉粒径在576～30μm时，长宽比逐渐减小；而粒径小于50μm 时（与目标木粉成熟管胞的平均宽度46.498μm接近），长宽比数值再次趋近于1。【结论】长宽比的变化与管胞破裂密切相关：木粉粒径大于管胞长度时，木粉主要通过纵向断裂使粒径减小；粒径与管胞长度接近时，长宽比较大；粒径小于等于管胞宽度范围内，木粉主要是横向断裂，而长宽比基本不再发生变化且趋近于1。长宽比和冲击强度随粒径减小的变化趋势是一致的，长宽比是影响材料力学性能本质因素之一。

木结构用杉木规格材抗弯强度的长度尺寸效应

选取206根人工林杉木规格材,按照动态弹性模量配成3个测试组,研究了规格材测试跨度与其抗弯强度之间的依存性,并利用斜率法和形状参数法求得抗弯强度5%分位值和50%分位值的长度尺寸效应.结果表明,斜率法获得杉木规格材抗弯强度5%分位值和50%分位值的长度尺寸效应系数分别为0.43,0.33,均大于国外研究结果,特别是ASTM D1990的推荐值;当利用二参数威布尔分布函数拟合所测抗弯强度时,用形状参数法求得的参数k为4.41,4.40,大于用斜率法所获得的长度尺寸效应系数的倒数;试验获得的长度尺寸效应系数可在实际工程中应用.

足尺人造板力学性能无损检测研究进展

弹性常数(弹性模量和剪切模量)、强度常数与动态黏弹性是表征足尺人造板力学性能非常重要的3项指标,而弹性常数与强度常数间关系密切,因此,无损检测足尺人造板的弹性常数和动态黏弹性是其力学性能无损检测研究的焦点。本文首先对人造板力学性能及其检测方法进行了概述和归纳,然后对国内外人造板弹性常数和动态黏弹性振动检测研究现状作了汇总与分析,同时指出了足尺人造板力学性能振动检测已有研究存在的不足,并介绍了笔者所在课题组针对面向力学性能评估的足尺人造板振动检测研究的开展情况。足尺人造板力学性能无损检测下一步科研的目标是建立一种基于振动检测理论的面向结构用足尺人造板整板力学性能的快速、无损检测和评估的技术和方法。其研究成果可以为将来实现结构用足尺人造板实验室环境下的快捷抽检及生产线上的力学性能普检和分等奠定理论基础。

稻壳形态对稻壳——木材复合材料性能的影响

测试了稻壳形态对稻壳—木材复合材料物理力学性能的影响。试验结果表明,以20网目、30网目和40网目的稻壳为补充材料制备的密度为0.80g/cm^3的板的物理力学性能均达到国标二级品的要求。确立20网目的稻壳适宜于稻壳—木材复合材料。

TDI对聚丙烯/木粉复合材料性能的影响——木粉粒径的影响

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)改性木粉并制备聚丙烯(PP)/木粉复合材料,研究了不同粒径的改性木粉对PP/木粉复合材料力学性能和加工性能的影响。结果表明,TDI可以改善木塑复合材料力学性能和加工流动性;木粉粒径为120目时,复合材料的综合性能较好,其断面结构较为光滑。

木粉粒度对有机木粉腻子性能的影响

利用木材加工剩余物为原料,加工300、500、800和1000目四种不同粒度的木粉,按一定比例与聚醋酸乙烯酯乳液和甲苯二异氰酸酯混合,制备木材底涂用有机木粉腻子,分析木粉粒度对腻子性能指标的影响。结果表明:在木粉腻子各原料配比确定情况下,500目木粉配制的有机木粉腻子,其涂饰性、附着力和外观等性能,优于其他粒度木粉配制的腻子。

木质生物炭对厌氧发酵产甲烷性能的影响

为研究木质生物炭对厌氧发酵产甲烷性能的影响,以玉米秸秆、牛粪作为发酵底物,以灌木生物炭、杨木生物炭、混合木屑生物炭作为添加剂,通过控制生物炭的种类、粒径以及灰分含量等关键因素,进行了批式厌氧发酵强化试验。结果表明:生物炭对厌氧发酵系统有重要影响,且粒径越小,产气能力越强。其中,杨木生物炭对厌氧发酵系统影响最大,不仅提升了厌氧发酵系统的甲烷累积产量(4.9%)、最大甲烷日产率(15.0%)以及水解速率(15.6%),也缩短了发酵延滞期。此外,杨木生物炭的灰分含量对厌氧发酵也有重要影响。当灰分含量为2.6 g·L^-1时,对厌氧发酵系统影响最大,在提升厌氧发酵系统的缓冲能力、最大甲烷日产率(14.4%)的同时,也缩短了延滞期(11.8%),灰分含量过高或过低均不利于系统产甲烷。