木材干燥学：木材干燥应力与应变.pdf

木材干燥学 建筑之家 第六讲 木材干燥应力与应变 木材干燥应力产生的原因及分类 木材内外层干缩不一致引起的应力与变形的产生与发展过程 由木材各向异性引起的变形 木材干燥应力的消除 木材干燥应力与变形的测试方法 应变理论的新发展 • 一、木材干燥应力产生的原因及分类 1.原因：厚度方向上含水率不均匀 木材是弹塑性体、各向异性体 2.分类：含水率应力(或弹性应力)、残余应力、附加应力 含水率应力：由于含水率分布不均匀而引起板材断面上 各个区域的不均匀干缩所引起的应力和变形，含水率均 匀（平衡）后，应力和变形随着消失，这种应力叫含水 率应力；这种变形叫含水率变形。 残余应力：木材具有塑性，在含水率应力与变形持续 期间，在热湿作用下，木材的外层或内层发生塑化变形， 使得在含水率分布均匀后，塑化变形的部分不能恢复原 来的尺寸，也不能达到应当干缩的尺寸，并且保持着一 部分应力。这种应力叫残余应力，这种变形叫残余变形。 残余应力 残余变形 附加应力：木材由于构造上的各向异性，弦向干缩与径 向干缩的不同而引起的应力。 •二、木材内外层干缩不一致引起的应力与 变形的产生与发展过程 1.关于应力产生与发展描述的几个假设： a.含水率梯度只在厚度方向上存在，即 水分只沿着垂直树木轴线方向移动； b. 同一厚度层面上含水率相同。 2.应力的产生发展过程 • ⑴干燥的第一阶段 （前期），W表层＜W FSP ，而 W 内层＞WFSP 。 此阶段含水率的分布和试件收缩如下图： w wH wf b4 b3 b2 b1 b0 w p w =0 S • 在干燥的第一阶段（前期），∵ W表层＜W FSP ， 而W 内层＞WFSP ，∴木材的表层收缩，内层不收 缩，这样内层受到表层的压缩而产生压应力；表 层受内层的扩张而产生张应力。 • 由于木材的横纹抗拉强度最弱，因此，当表层的 张应力超过横纹抗拉极限强度时，就产生表裂。 • 在应力的作用下，表层和内层均产生塑性变形。 表层即使没有内层的作用，也不能收缩到其自由 收缩的位置。而内层也一样，若没有表层的作 用，也不能恢复到原始的尺寸。 ⑵干燥第二阶段(中期) ，W表层＜WFSP ， W 内层＜W FSP ，W表层趋于WEMC 。 • 此阶段含水率的分布和试件收缩如下图： w wH wf b0 b3 w p w =0 S • 在干燥第二阶段（中期）， 由于表层的含水 率向EMC趋近，水分蒸发速度降低，所以表层 的收缩减小。 • 在含水率梯度的作用下，内部的水分向表层移 动，使内部的含水率也降到FSP 以下，内层也 开始收缩，这样内外层之间的相互作用减弱。 • 随着内层含水率的降低，收缩加剧，内外层之 间的作用逐渐减小，直到某一时刻，内外层之 间的作用为零，即内应力为零。 • 但此时木材总体的含水率仍然高于要求的终含 水率，仍然存在含水率梯度，存在湿应力。 ⑶木材干燥的第三阶段（后期），W表层 已接 近WEMC ，W 内层也向WEMC趋近。 此阶段木材断面含水率分布及收缩如图： w wH wf b b b b 1 0