Введение к работе
Актуальность темы. Изучение поведения древесины под нагрузкой во времени является предметом исследования многих ученых, как в нашей стране (Ю.М. Иванов, Ф.П.Белянкин, П.Н. Хухрянский, Б.Н. Уголев) так и за рубежом (Kollmann F., Bengtsoon С. и др.). Практическая значимость этих реологических исследований древесины связана с углублением представлений о протекании технологических процессов, прогнозированием и оценкой эксплуатационных характеристик готовой продукции. Некоторые реологические коэффициенты уже нашли свое применение при объяснении внутренних напряжений в процессе сушки материалов, при обосновании режимов резания древесины, в прессовании, а также в целлюлозно-бумажной промышленности (размол, при формировании и обезвоживании бумажного полотна, в переработке бумаги) и т.д.
Несмотря на имеющиеся исследования реологических свойств древесины, научные знания в этой области еще недостаточны. В указанных выше технологических процессах используются совершенно разные реологические модели, которые, даже в конкретных условиях деформирования не отображают ряд свойств, влияющих на деформацию древесины. Как следствие, в результате абстрагирования от некоторых свойств древесины, влияющих на ее деформацию, отмечаются некоторые отклонения в расчетах внутри каждого процесса, на которые вводятся дополнительные коэффициенты и поправки. Например, в прессовании используется упруго-вязкая модель, а деформации, обратимые с течением времени, приравнены к мгновенным упругим деформациям. До сих пор пока еще нет достаточно обоснованных методов определения реологических показателей древесины, в том числе и при сжатии ее поперек волокон. Нет возможности сравнить реологические свойства древесины разных пород, выяснить влияние на эти свойства различных факторов (условий произрастания, анатомического строения, пороков и пр.).
Цель и задачи исследования
Целью работы является поиск реологической модели, которая могла бы максимально точно описать свойства поведения древесины под нагрузкой поперек волокон и определение входящих в нее величин реологических модулей.
Задачи:
- выявить соответствие реологических моделей, применяемых в
настоящее время к древесине, реальному процессу деформирования;
- разработать методики экспериментов на сжатие древесины поперек
волокон с целью установления общей зависимости деформации от времени
при постоянном напряжении для древесины разных пород;
- получить экспериментальным путем основные реологические
показатели при постоянных условиях влажности и температуры для
древесины разных пород, а именно:
а) мгновенный модуль упругости,
б) модуль упругости второго рода,
в) показатели остаточных деформаций;
- вывести реологическую формулу и уточнить реологическую
модель древесины на основании проведенных экспериментов;
- установить целесообразность применения полученных результатов
в практике.
Методы исследования. В диссертационной работе применены экспериментальный и теоретический методы исследования свойств реальной древесины. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики с использованием стандартных пакетов прикладных программ для современного персонального компьютера.
Научная новизна. Нам представляется, что новизна полученных результатов состоит в следующем:
обнаружено возникновение мгновенных необратимых остаточных деформаций при различных величинах нагружений;
мгновенные необратимые остаточные деформации представляют собой одно из реологических свойств - пластичность;
предлагается новое понятие - модуль пластичности древесины;
- использование экспериментальных образцов размером
10x10x10 мм и влажностью 4-5 %, что отлично от регламентируемых
ГОСТом, позволило установить природу остаточных деформаций
древесины;
разработана методика проведения экспериментальных исследований для определения реологических показателей при сжатии древесины поперек волокон.
Практическая значимость реологических исследований древесины связана с углублением представлений о протекании технологических процессов, прогнозированием и оценкой эксплуатационных характеристик готовой продукции. Предлагается новая реологическая характеристика древесины - модуль пластичности (Е3), значение его в пересчете на стандартные образцы составляет: для сосны - 750, лиственницы — 2100, ели - 1100, березы - 870 МПа.
Основные положения, выносимые на защиту. Уточнение реологической модели и реологического уравнения древесины преимущественно при сжатии ее поперек волокон.
Объяснение теоретических основ возникновения остаточных деформаций в древесине.
Численные значения основных реологических показателей древесины, полученных в условиях эксперимента.
Апробация работы. Материалы диссертации были заслушаны и получили одобрение на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СибГТУ «Лесной и химический комплекс - проблемы и решения» в 2003,2004, 2005, 2007 и 2008 годах.
Основные результаты диссертационной работы изложены в восьми научных публикациях, одна из которых в публикации ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников, включающего 108 наименований 9 из которых на иностранных языках, 3 приложений. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 35 рисунков, 57 формул и дополнительный том приложений на 120 страницах.
