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[硕士论文] 宋涛雲
木材科学与技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本研究以120×120mm的落叶松含髓心方材为对象,对其实施不同工艺的高频·热空气联合加热干燥,检测干燥过程中其温度分布,干燥速度,含水率分布、开裂、应变等干燥质量,通过对这些参数的分析,获得高频热空气联合加热干燥的较适宜工艺。研究的主要内容:
  1)高频·热空气联合加热干燥中热空气对流加热工艺研究:对试材实施相同功率(4kW)和时间(ON(高频连续加热)90s、OFF(高频加热停歇)1200s)的高频加热及两个不同基准(基准Ⅰ-1(预热24h,干球温度恒定50℃,湿球温度每隔48h下降2℃)、基准Ⅱ-1(预热36h,干球温度恒定70℃,湿球温度每隔48h下降2℃))的对流加热干燥(联合加热干燥基准:基准Ⅰ-2为基准Ⅰ-1+高频加热,基准Ⅱ-2为基准Ⅱ-1+高频加热),检测干燥过程中木材的温度分布、干燥速率、含水率分布、开裂等参数,通过分析这些参数的变化得出较适宜的对流加热工艺。研究结果表明:(1)木材的干燥速度:按基准Ⅰ-1和Ⅱ-1进行的热空气对流加热干燥速度,后者高于前者,干燥中后期尤为明显。说明干燥速度的影响因素,除干燥势(干燥介质的干湿球温差)外,温度亦有很大影响。基准Ⅱ-1下干燥势的增大,木材温度升高所引起的水蒸汽压力、渗透性以及扩散系数的增大,都使干燥速度提高,尤其是干燥中后期温度对扩散速度的影响更大;按基准Ⅰ-2、Ⅱ-2实施的双热源干燥速度与干燥势和材温、以及由高频加热产生的温度梯度联合作用正相关,干燥介质温度低时后者的作用大于前者,温度高时前者的作用大于后者,两种基准下两者综合作用效果相近,所以平均干燥速度差异不大。(2)干燥结束后木材的含水率分布,按基准Ⅱ-2比按基准Ⅰ-2干燥时均匀。(3)干燥结束后木材表裂程度,按基准Ⅱ-2比按基准Ⅰ-2干燥时小。(4)综合分析上述结果得到的较适宜热空气对流加热工艺为基准Ⅱ-1。
  2)高频·热空气联合加热干燥中高频加热工艺研究:对试材以上述研究获得的较适宜对流加热工艺Ⅱ-1加热的同时,实施不同匹配的高频加热,检测双热源加热干燥过程中木材的温度分布,干燥速度,含水率分布、开裂、应变等干燥质量,通过分析这些参数的变化,解析温度梯度对干燥速率、及质量等的影响,进而确定适宜的高频-热空气双热源干燥工艺。研究结果表明:(1)干燥工艺对木材温度梯度、干燥速度和含水率分布的影响:①通过调节高频-对流双热源匹配(高频连续加热和停歇的时间),可控制木材干燥过程中的温度梯度及其变化范围;②试材正向(内高外低)温度梯度适当增大,其干燥速度加快,终含水率分布均匀;③正向温度梯度对减小木材芯表层含水率差的作用,体现在干燥过程的中后期,且作用效果随温度梯度增大而增强。(2)干燥工艺对木材应变的影响:①表层产生较大拉应变,中间及芯层则产生压应变,且拉、压应变皆随温度梯度增大而增大;②温度梯度较大的试材提前产生应力转向,木材表层受压缩应变,芯层受拉伸应变;③干燥后期,温度梯度对瞬时弹性形变影响不大;④温度梯度对黏弹性蠕变的影响主要表现在干燥中期,温度越高,温度梯度越大,黏弹性蠕变应变越小;⑤在干燥中后期,木材整体表现为压缩机械吸附蠕变应变,其应变值随含水率降低而增大,随温度梯度的增大而减小。(3)高频·热空气双热源加热干燥工艺:热空气对流加热工艺为,首先进行36h预热升温,之后干球温度恒定70℃,湿球温度每隔48h下降2℃;较适宜的高频加热工艺为,高频发振(ON)90s,停歇(OFF)1200s。
[硕士论文] 孔繁旭
木材科学与技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:实木复合地板兼具强化地板的稳定性与实木地板的美观性,且具有环保优势,但在加工中需严格限制其面层、芯层或底层间含水率差异以保证其使用中具有良好的尺寸稳定性,因而其所用基材、特别是珍贵表板单板的高品质干燥至关重要。采用高频真空干燥技术干燥单板,干燥量大、平整度好、装材简易,优势明显;但生产中单板含水率、温度检测困难,工艺不成熟,干燥缺陷严重。此外,单板高频真空干燥理论研究甚少。
  基于以上原因,本文以5mm厚柞木单板为研究对象,首先,实验确定其较适宜的高频真空干燥工艺(高频发振与停歇时间、木材控制温度Tc、环境压力Pa),旨在为单板高频真空干燥生产提供借鉴;然后,在该工艺下,对单板不同干燥阶段温度分布、干燥后含水率分布进行测定,分析含水率分布与温度分布之间的相互关系,为深入研究单板干燥过程中传热传质机理等提供基础数据;最后,应用数字图像相关方法(DIC),获得单板干燥过程应变分布变化,为进一步研究单板干燥应力发展变化规律、干燥缺陷抑制机理及制定适宜干燥工艺提供基础。具体研究内容和重要结论总结如下:
  1)对柞木单板进行不同工艺的高频真空干燥实验,测算木材温度、干燥速度、终含水率及其标准偏差、开裂和翘曲度等参数,通过对这些参数的分析,确定其较适宜干燥工艺。结果表明:(1)单板干燥质量与温度、干燥工艺有关。温度升高虽可提高干燥速度,但单板易开裂。其中,工艺1下单板共有11条裂纹(Tc=64.5℃),工艺6下仅1条(Tc=54.5℃);(2)单板终含水率分布均匀性主要受由设备和干燥工艺决定的温度分布均匀性影响。单板与电极板间设置隔热材料,能使材堆高度方向温度梯度减小,含水率差异减小。工艺6下单板最高与最低终含水率分别为10.31%与7.90%,最大与最小终含水率标准偏差分别为0.79%与0.35%,平均最终含水率为8.60%,且其均方差为1.06%,干燥效果好;(3)工艺6下单板翘曲度最低,都小于1.16%;(4)实验得出的较适宜的单板干燥工艺为,高频发振7min/停歇1min、木材控制温度为54.5℃、环境压力为6.5kPa。
  2)基于上述研究确定的较适宜干燥工艺,通过光导纤维温度传感器及屏蔽处理后的Pt100测算单板不同干燥阶段温度分布、称重法测算干燥后含水率分布,探究了温度、含水率分布规律及相互关系。结果表明:(1)温度分布,长度方向,干燥初期近端部略高,中期、后期均匀性增大;宽度方向,干燥初期均匀性大,中期中心高、近侧面低,后期内高外低的温度梯度略有增大;高度方向,中心高、近电极板低,特别是近接地极板低。(2)干燥后含水率分布,长度方向,因单板长度方向初含水率接近、干燥过程温度分布也接近,含水率分布也较为一致;宽度方向,含水率主要受温度分布影响而中心低、近侧端面高;高度方向,受温度分布影响中心低、近电极板高,特别是近接地极板高。
  3)对用不同颜色组合(喷漆)喷涂后的单板表面散斑图,利用平均灰度梯度作为质量评价参数,确定“黑银”为制斑颜色组合;采集单板干燥过程数字图像,应用DIC技术,计算位移、应变分布变化。结果表明:(1)干燥过程中长度方向应变分布,干燥初期无明显规律,中期中心的应变量接近零、越接近端面越大,后期进一步增大;(2)宽度方向应变分布,干燥初期无明显规律,中期中心为压应变、近侧端面为拉应变,后期拉应变转变为压应变从而全场为压应变;(3)剪切应变分布,干燥初期无明显规律,中期、后期中心接近零,且应变量由中心向周围逐渐发散式增大,但受木材材性影响应变正负有差异。
[硕士论文] 李上官
森林培育 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:柏木家具作为四川家具中重要的品类之一,越来越受到人们的喜爱。本文从柏木家具的生产实际出发,对柏木家具金属预埋空套螺母接合性能进行研究。按照相关国标测定柏木物理力学性质,研究过盈配合参数、预埋螺母长度、预埋螺母直径对其抗拔强度的影响,采用了基于Workbench的有限元仿真模拟验证横纹理抗拔试验结果,并对比分析了构件形式对柏木构件节点抗弯性能的影响。研究结论有以下几点:
  (1)此次试验所用的柏木绝对含水率为12.5%;气干密度为0.61g/cm3;端面硬度5333N,弦面硬度为4178N,径面硬度为4066N;抗弯弹性模量为8.2Gpa;抗弯强度为89.8Mpa;顺纹抗压强度为45.8Mpa;横纹全部抗压强度,径向为9.4Mpa,弦向为8.9Mpa。
  (2)过盈配合参数对柏木试件横纹理和顺纹理接合时的抗拔力影响极显著。在自变量取值范围内,横纹理接合时抗拔力可用y=-12.06x2-19.584x-0.5774进行预测,可靠性达97%;顺纹理接合时抗拔力可用y=-5.1932x2-10.798x-0.2106进行预测,可靠性达98%。横纹理接合时的极限抗拔力大于顺纹理接合时的极限抗拔力。横纹理和顺纹理接合时最佳过盈配合参数均为-0.8mm。
  (3)预埋螺母深度对柏木试件横纹理和顺纹理接合时的抗拔力影响极显著。自变量取值范围内,横纹理接合时抗拔力可用直线y=0.386x-2.6499进行预测,可靠性达95%;顺纹理接合时抗拔力可用直线y=0.3106x-2.6603进行预测,可靠性达98%。横纹理接合时的极限抗拔力大于顺纹理接合时的极限抗拔力。实际生产过程中,合理选择较长的螺母能显著提高抗拔强度。
  (4)预埋螺母直径对柏木试件横纹理和顺纹理接合时的抗拔力影响不显著。横纹理接合时的极限抗拔力大于顺纹理接合时的极限抗拔力。实际生产中不建议采用直径过大的螺母来提高抗拔强度。
  (5)有限元仿真模拟能够验证横纹理接合时过盈配合参数、预埋螺母长度、预埋螺母直径三种单因素变量对抗拔力的影响试验中试件的破坏形式和应力变化趋势。
  (6)不同的构件形式对柏木家具构件节点的抗弯强度产生影响。采用双预埋螺母接合时,从构件节点抗弯强度来看,预埋螺母垂直排列“T”型接合>预埋螺母垂直排列“L”型接合>预埋螺母平行排列“T”型接合>预埋螺母平行排列“L”型接合。生产中应当选用恰当的构件形式来获得较高的节点抗弯强度。
[硕士论文] 周游
林业 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会科技的进步,中国的家具制造业也得到了长足的发展。但随之而来的环境问题也成为世人所关注的焦点。作为家具制造大国的中国,木材资源的匮乏已经成为中国家具行业可持续发展的瓶颈,发展木材替代材料已是迫切需要。竹材因其再生能力强、生产周期短、生长快速的特性成为家具制造代木材料的首选。中国竹资源丰富,但目前竹家具产业发展不均衡,存在使用范围小、产品种类少、外形设计老旧、用户接受程度不高等很多问题,究其原因,主要是产品缺乏创新。
  在科技发展和用户需求呈现个性化的大数据时代背景下,人们日渐喜爱具有创意和设计感的家具。因此,竹家具创新设计对企业来说显得愈加重要,不断推陈出新,设计出具有创意和前瞻性的竹家具,才能立于市场竞争的不败之地。所以,如何充分开发竹家具的潜在市场,提升竹家具设计附加值,使竹家具能像实木家具一样能成为人们购买家具时的首选,出现在万千用户的家里,是当今设计师们亟待解决的问题。
  本文是基于KANO用户需求模型和TRIZ技术矛盾矩阵的竹家具创新设计研究。KANO是将顾客需求作为唯一指导思想的设计工具,TRIZ是实现家具创新的重要理论基础。两者的结合既实现竹家具的创新设计又满足顾客需求。具体内容如下:
  (1)以四川地区竹家具发展现状作为调研对象,进行实地调研,了解竹家具发展的具体现状和亟待解决的设计问题。
  (2)通过问卷调查,详细了解不同地域人群对竹家具的用户需求,根据KANO用户需求模型进行竹家具用户需求分析,得出18项竹家具用户需求指标。
  (3)将竹家具用户需求18项指标转换为TRIZ理论的39个通用工程参数,转换后为优化参数10项:12形状、14强度、38自动化程度、30作用与对象的有害因素、37控制和测量的复杂度、13对象的稳定性、32可制造性、35适应性和通用性、33操作流程的方便性、34可维修性。并分析出在家具设计过程中的恶化参数有3项:8静止物体的体积、13对象的稳定性、12形状。
  (4)根据优化参数和恶化参数对照TRIZ技术矛盾矩阵表,得出可以应用于竹家具的创新设计中的创新原理30项。
  (5)将适用于竹家具设计的30项创新原理分别应用在“鹿柴”系列竹家具中,目的是检验KANO用户需求模型和TRIZ创新原理在竹家具设计中的适用性。
  (6)进行设计后期调研,验证经过创新设计的竹家具整体得到了改善,并提高了用户满意度。
  希望通过此研究与设计实践能给竹家具的创新设计与研究提供一定的数据参考和设计启发,也希望中国的竹家具设计能得到更好更快的发展。
[硕士论文] 黄佳敏
森林培育 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:家具消费市场经历了从理性消费到感性消费的过程,其淘汰机制也由废旧淘汰转为审美淘汰,这反映了人类社会文化的更迭与进步。从用户需求角度来讲,在竹家具的设计求解过程中,不仅要满足功能等显性需求,更需要挖掘用户的隐性需求;从用户意识角度来讲,用户的行为表现除了受意识支配,更多情况下是不自主的下意识行为。对竹家具的艺术创作过程中,着眼于用户下意识行为,有利于竹家具的创新设计。
  在“以竹代木”和“以竹胜木”的时代背景下,竹作为我国丰富的天然环保材料,以其柔和的色泽、光滑的触感、清晰的纹理等特点,给人良好的感官感受。此外,竹还具有强度高、韧性好、重量轻等优点,因而满足造型多样化的前提需求。其应用空间也在不断拓展,然而这种拓展并不能迅速解决木材资源短缺的燃眉之急。分析与研究基于无意识设计的竹家具(下文统简称“无意识竹家具”)对用户的刺激作用,以及用户对无意识竹家具的应激行为,从生物解剖学领域和心理认知领域,结合人机工程学领域考量竹家具的设计,为竹家具制造业开拓了一个新的设计视角,并有利于竹以及竹制家具市场的开发。为此,本课题分为四个部分展开论述:
  第一部分是本课题的研究综述以及对本课题研究范畴的界定。首先从能源节省、文化价值、国际视角三个角度,分析了无意识设计理念与竹家具设计结合的国际化意义;并从竹家具设计的学科拓展和市场开发角度分析了无意识设计与用户刺激结合的时代性意义;最后限定了基于无意识设计的竹家具对用户刺激的研究在哲学、生物学、心理学方面涉及的范畴。为基于无意识设计的竹家具研究方法奠定理论基础。
  第二部分是竹家具设计方法和无意识设计方法的解析与归纳。从竹家具的形成规律和构成方式着手,进而探讨竹家具优良的应用性能和形态要素,最后总结归纳了竹家具设计方法。再细致解析了无意识设计产品特征,明确了无意识设计灵感获取途径,并总结无意识设计方法,最后构建无意识设计流程图。
  第三部分是用户刺激的作用机制和竹家具对用户的刺激研究。分别从生理学与心理学两个层次解析了刺激作用的原理。并探讨了竹家具设计与无意识设计的多个契合点,即作为对用户的刺激点,包括材料文化优势、结构创新优势、造型创新优势、色彩创新优势,为基于无意识设计理念的原竹家具的设计参考矩阵的建立提供依据。
  第四部分是无意识竹家具设计方法的研究及实践。首先通过问卷调查法,结合语意差分法、聚类分析、因子分析等,获得用户对无意识设计产品(下文统简称“无意识产品”)的偏好,并分析无意识设计产品的共性,为无意识竹家具设计方法提供导向。然后结合文献法、德菲尔法等建立了基于用户需求的无意识原竹家具的设计参考矩阵,并构建了设计方法思维导图。根据构建的矩阵和思维导图设计三款无意识竹家具,并采用问卷调查法、语意差分法验证无意识竹家具对用户刺激作用。
[硕士论文] 贺鑫
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前木材加工领域主要采用摆动筛进行刨花颗粒筛分,但由于国内外学者对于摆动筛的结构设计和筛分效率的影响因素分析较少,导致现有的摆动筛运动方式简单,工作效率低。因此,本文针对以上问题,利用EDEM软件发现多维刨花摆动筛的最佳筛分模式为X/Z方向的两自由度激振模式;基于机构拓扑结构理论,设计出一种新型两自由度刨花摆动筛;利用ADAMS、ANSYS等软件,对其进行运动学、模态和疲劳强度等分析。具体研究工作和结论如下:
  基于离散元素法,利用EDEM仿真软件,通过控制变量法及正交试验,研究摆动筛的振动频率、振动幅度、筛面倾角、激振模式等对筛分效果的影响规律,观察在不同条件下,各个因素对摆动筛工作性能的影响规律。发现影响刨花颗粒筛分效率的因素的主次顺序依次为激振模式、振动幅度、振动频率、筛面倾角,同时得到多维刨花摆动筛的最佳工作参数组合为选择X/Z方向的两自由度激振模式,振动频率为7Hz,振动幅度为11mm,筛面倾角为3°。
  基于机构拓扑结构理论,设计出一种新型并联机构4-SOC{R|P(⊥R)⊥R(⊥R)}作为新型两自由度刨花摆动筛的主体激振机构。基于此机构,利用PROE三维建模软件设计出新型两自由度刨花摆动筛的整体结构,筛框能够同时产生回转摆动和垂直方向的往复振动,从而有效提高筛面物料筛分作业的处理量和筛分效率。
  基于TRIZ理论,针对现有刨花摆动筛偏心轴的偏心距不可调、偏心调节装置调节范围受限、橡胶弹簧易断裂等问题进行因果轴分析,通过查找矛盾矩阵表找到对应的创新原理,再结合实际工作情况进行结构优化设计,解决了上述问题。
  为验证两自由度刨花摆动筛机构设计的可行性,基于多刚体系统动力学理论,利用ADAMS仿真软件对摆动筛进行运动学分析,绘出筛面在不同变量下的X方向、Y方向和Z方向的位移、速度随时间变化的曲线,证明利用两个同步反向振动电机的转动替代Z向移动激振模式构想的可行性及合理性,为刨花摆动筛样机的研制提供参考。
  基于有限元理论,利用ANSYS软件对两自由度刨花摆动筛的关键零部件进行模态和疲劳强度分析,发现能够有效避免摆动筛在正常工作中的共振现象;而对关键零部件进行疲劳强度分析后发现,偏心轴、万向节等关键零部件的结构设计符合实际工作需求,验证了两自由度刨花摆动筛结构设计的合理性。
[硕士论文] 孟庆华
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:办公座椅在使用过程中,存在各种不舒适问题,引起这些问题的因素众多。本文以FREIHEIT办公座椅为研究对象主要从运动学与动力学角度,研究办公座椅就坐过程中的影响舒适度的因素,为办公座椅的设计提供参考。
  (1)分析办公座椅的特性与人体坐姿活动,探讨办公座椅使用过程中的影响舒适度的因素,提出搓背、溜滑两种不舒适现象,同时提出了全面舒适性研究方法。
  (2)从运动学角度研究联动机构所产生的搓背现象对座椅舒适度的影响,对传统底盘进行分析,设计一款新型底盘,对其联动机构进行数学分析与运动学分析,同时采用多目标优化方法结合ADAMS软件进行优化。
  (3)从动力学角度研究座椅的坐垫与靠背材料产生的溜滑现象对舒适度的影响,考虑材料的力学特性以及人体与材料的相互作用,建立了一种办公座椅人体系统模型,针对此模型,建立基于拉格朗日方程的动力学表达式。通过Matlab数值计算与Working Model2D验证分析,研究了坐垫与靠背材料对办公座椅静态舒适度的影响。
[硕士论文] 王荣兴
林产化学加工工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:人造板行业的高速发展奠定了木质材料表面装饰以人造板表面装饰为基础的格局,以刨花板、纤维板等人造板为基材,以浸渍胶膜纸为饰面材料的装饰板材称为浸渍胶膜纸饰面人造板。三聚氰胺(M)甲醛(F)浸渍胶膜纸具有高耐磨、耐水、耐化学腐蚀等优良的性能,但三聚氰胺甲醛(MF)树脂具有硬而脆、稳定性差的特点,使得浸渍液存在储存期短、饰面板贴覆压力大等问题,传统的改性剂会使得MF饰面人造板某些优良性能(如耐磨性)下降。为解决这些问题,本文通过三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(商品名:THEIC,简写T)改性三聚氰胺甲醛树脂(MFT树脂)生产装饰纸浸渍液,优化浸渍胶膜纸性能。在保证固化速度和力学性能基础上,提高树脂胶层的高温流动性、改善MF树脂的储存期,制备性能优良的浸渍胶膜纸饰面人造板。
  (1) MFT树脂液的外观主要受升温阶段三聚氰胺(M)溶解速率的影响。用乙醇将树脂液固体含量控制在70%以下,在40℃酸性条件下反应10~20 min后调节pH值为10~10.5可以得到储存期为55d、无色透明的MFT树脂液,凝胶后的胶体也呈透明态。随着THEIC加入量(n(T)/n(F)=0~15%)的增加,MFT树脂液的稳定性能不断提高。
  (2) THEIC的加入使得MF的耐热性、硬度、脆性下降。MFT树脂的降解温度在300℃左右,比MF树脂的耐热性降低了1/4左右,795℃时MFT和MF两种树脂的残碳率无明显差异;MFT1-2树脂样条的冲击强度达到了2.62 kJ/m2,比MF2树脂冲击强度增加了3倍以上;THEIC添加量为n(T)/n(F)=15%时,MFT树脂在25℃时的硬度降低了11.07%,弹性模量降低了12.4%,在150℃(113.6℃发生柔性链段的次级松弛后)的弹性模量从1698.7MPa降低到503.8MPa(降低了70.3%)。旋转流变分析发现,固化后的MFT弹性模量仍然没有数量级上的明显变化,n(F)/n(M)=2.02的MFT树脂旋转弹性模量比n(F)/n(M)=1.85的MFT树脂的模量降低了一个数量级。
  (3)红外光谱分析和核磁共振分析均能证明THEIC参与了MF树脂体系的反应。从反应过程的核磁共振谱图可以看出,浸渍液制备过程的主要反应为三聚氰胺的羟甲基化,同时伴随着羟甲基之间以及羟甲基与THEIC之间的醚化反应,反应1.5h后浸渍液氨基的含量变化不大,体系趋于稳定。THEIC的加入降低了MF体系中羟甲基与氨基间的缩聚程度,从而提高了树脂的稳定性能,延长了树脂的储存期。
  (4)通过流变和DMA得到MFT从浸渍液到玻璃态的反应动力学参数。通过流变分析力学特征得到MFT1-2树脂从粘流态到达凝胶态阶段的固化反应动力学活化能△E为26.44 kJ/mol。n(F)/n(M)为2.02和1.85的MFT浸渍胶膜纸胶层分别在100℃和85℃左右出现固化峰,反应位垒主要受氨基含量影响,n(T)/n(F)=15%的MFT胶膜纸的弹性模量G'比n(T)/n(F)=10%的温度依赖性大,MFT胶膜纸的韧性随THEIC的增加而增强。经干燥工艺处理后的MFT1-1浸渍胶膜纸胶层凝胶前的反应活化能△E为44.3 kJ/mol。通过固化反应动力学Hsich的非平衡热力学涨落方程得到的MFT1-1浸渍胶膜纸经橡胶态到玻璃态固化过程的反应活化能为64.7 kJ/mol,Arrhenius关系式处理得到的反应活化能为62.0 kJ/mol。
  (5) MFT胶膜纸比MF胶膜纸具有更高的拉伸强度。THEIC的加入没有使饰面人造板的表面硬度发生明显变化,饰面人造板的硬度随热压压力的增大提高明显,热压压力超过2.0 MPa时,饰面人造板的邵氏硬度稳定在81 HD左右。
[硕士论文] 王红蕾
设计学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:三维打印被誉为第四次工业革命的智能制造技术,近年来在快速制造领域中发展迅速,家具制造和三维打印技术相融合优化,探索新的发展道路,寻求新的材料和制造手段,可以不断地进步。为此本文对家具模型三维打印材料和打印方法进行研究,为今后1∶1家具打印生产做前期研究和探索。
  本论文的研究内容主要包括两部分:一是针对熔融沉积型(FDM)三维打印技术所用材料,论文对木粉/聚乳酸复合线材的制备进行研究。采用5wt%木粉与聚乳酸进行复合,并研究了复合线材的拉伸性能、显微结构和热性能。研究结果表明木粉/聚乳酸复合线材适合FDM三维打印应用;二是本文应用FDM三维打印技术对家具产品结构和造型模型进行打印方法研究,通过三维数据的获取、转换、打印与后处理四个步骤成功打印家具产品结构模型和造型模型。
  以上研究工作表明,随着三维打印材料、打印设备和打印技术的不断发展,今后可以实现三维打印1∶1家具的打印。这不仅改变了传统的制造模式,还可以变革设计思路,释放设计师的想像力和创造力。
[硕士论文] 王启繁
木材科学与技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:为解决家具制作材料中人造板气味挥发问题,改善室内空气品质、提高人类居住环境质量,本研究使用气相色谱-质谱-嗅觉测量技术对几种不同饰面刨花板进行研究,为饰面人造板气味分析提供基础性数据。实验一方面鉴定对板材气味起关键性作用的气味特征化合物、探索其VOCs和气味的释放特性。另一方面研究环境因素对两种漆饰刨花板VOCs和气味释放的影响,同时对几种板材的危害性进行综合评价。
  试验使用微池萃取仪在常温常湿(温度23±1℃、相对湿度40±5%)和不同环境因素条件下对两种常用贴面刨花板(PVC贴面刨花板、三聚氰胺贴面刨花板)和三种常用漆饰刨花板(硝基漆饰面刨花板、醇酸清漆饰面刨花板、水性漆饰面刨花板)进行样品采集,使用气相色谱-质谱-嗅觉测量技术(GC-MS-O)进行分析。最后通过“主客观相结合评价方法”对板材的危害性进行评价,进而探索实验使用几种饰面刨花板的最佳陈放时间。得到主要结论如下:
  (1)PVC贴面刨花板和三聚氰胺贴面刨花板释放的气味组分主要为芳香族化合物、醛酮类和酯类。在初始阶段,酯类物质对PVC贴面刨花板气味影响较大,芳香族化合物对三聚氰胺贴面刨花板气味影响较大。当达到平衡状态时,芳香族化合物对PVC贴面刨花板影响更大,醛酮类物质对三聚氰胺贴面刨花板的影响更大。
  (2)贴面处理能够有效阻碍刨花板本身VOCs和气味的释放,两种贴面刨花板的TVOC质量浓度和总气味强度整体上均低于相同厚度的刨花板素板。当厚度增加时,贴面刨花板的TVOC质量浓度和总气味强度也随之增加。当对板材进行贴面处理后,厚度对板材释放VOCs和气味的影响程度大大减小。
  (3)一般工厂生产的贴面刨花板受到生产工艺水平的限制,其贴面处理不能够对刨花板素板中的一些危害性物质起到封闭的作用,造成刨花板素板中含有的芳香族化合物大量释放。知名企业生产的贴面刨花板平衡时各组分物质TVOC质量浓度和气味化合物浓度均低于一般工厂的产品,且能够更快达到平衡状态。
  (4)硝基漆和水性漆饰面刨花板的TVOC质量浓度和总气味强度随着温度的增加和空气交换律与负载因子之比的减小而升高。相对湿度对两种板材的影响不同,随着相对湿度的增加,硝基漆饰面刨花板TVOC质量浓度和总气味强度增大,水性漆饰面刨花板TVOC质量浓度和总气味强度减小。
  (5)针对本实验中使用的板材样品而言,结合“综合指数法”和“气味品质评级”,建议PVC贴面刨花板和三聚氰胺贴面刨花板从出厂到使用至少进行28天的陈放,以达到合格的空气质量评级和气味评级。硝基漆饰面刨花板使用前应至少进行63天的陈放,水性漆饰面刨花板至少进行49天的陈放,以避免产生较大污染,减少对人体的伤害。
  (6)刨花板素板、PVC贴面刨花板、三聚氰胺贴面刨花板、硝基漆饰面刨花板和水性漆饰面刨花板的总气味强度和气味评级可以通过高斯函数建立良好的拟合关系。不能通过单一TVOC质量浓度分指数判定板材的危害性。应使用“综合指数评价法”和“气味品质评级法”,结合各组分分指数Ii关注单一化合物浓度限量,同时对板材进行气味评价,以准确反映空气质量的客观情况。
[硕士论文] 侯云艳
木材科学与技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:单板条层积材(Parallel Strand Lumber,简称PSL)是由单板条涂胶后顺纹平行铺装热压而成的新型人造板材,是利用小径木和低等级单板生产高强度、大规格替代结构用建筑成材的一项重要成果,其具有材料利用率高、材质均匀、纹理美观、力学性能高、机械加工性能好等优点,可作为装饰和结构用材,主要应用在家具、地板、集装箱等领域,是一种重要结构性工程材料。竹材是中国的特色资源,其竹林面积、活立竹蓄积量和竹材年产量均居于世界之首,被誉为“第二森林资源”,与木材相比,竹子具有一次成林,长期利用,生长快,成材周期短等特点,竹材纤维长,一般相当于木材纤维的300-600倍,具有强度高,方向性明显等特点,是替代木质工程材料的较佳材料,因此以竹代木生产竹单板条平行层积复合材(Parallel Bamboo Strand Composite,简称PBSC)具有缓解木材资源供需矛盾日益尖锐的优势,近年来逐渐成为材料科学领域的研究热点,但其长时间暴露在室外,容易产生生物降解及存在火灾隐患等,影响了产品的使用价值和安全性。本研究针对PBSC制备工艺进行系统、深入的研究,主要利用正交实验法,考察竹单板条尺寸规格、胶液浓度、浸渍时间、胶黏剂种类等因素对PBSC物理力学性能的影响,并探讨其最佳的制备工艺;并在此基础之上,考察了硫酸铜、硫酸铝、水玻璃等不同处理方法对PBSC功能性改良和防护性的影响,旨在赋予PBSC足够的技术、经济优势,拓展其应用领域,并逐步发展成为木材工业的替代产品,实现“以竹代木”的理念。主要研究内容及结论如下:
  (1)通过对PBSC的制备工艺及力学性能的研究,采用正交实验法,考查了竹单板条原料规格尺寸、酚醛树脂和异氰酸酯两种胶黏剂溶液浓度及浸渍时间对PBSC物理力学性能的影响。结果表明:在实验范围内,PBSC物理力学性能随着胶黏剂溶液浓度增加而增强,酚醛树脂和异氰酸酯两种胶黏剂浓度为30%时PBSC力学性能均最佳,弹性模量分别为9780MPa和9840MPa,静曲强度分别为121.08MPa和124.34MPa,水平剪切强度分别为5.18MPa和5.21MPa,静曲强度和弹性模量达到相应国家标准GB/T20241-2006《单板层积材》结构用单板层积材100E优等品等级的规定值,水平剪切强度达到相应国家标准GB/T20241-2006《单板层积材》结构用单板层积材55V-74H等级的规定值;浸渍时间为60min时,PBSC性能最佳;单板条的尺寸规格对PBSC静曲强度和弹性模量的影响不显著;酚醛树脂和异氰酸酯胶黏剂浸渍处理的竹单板条制备的PBSC物理力学性能无明显差异。
  (2)通过对防腐剂预处理PBSC力学及防腐性能的研究,探讨了不同硫酸铜溶液浓度和浸泡时间对PBSC的力学及防腐性能的影响。研究结果表明:与未处理试验组相比,随着防腐剂载药量的增加,经硫酸铜处理的PBSC抗白腐和褐腐性能增强,抗流失性能增加,虽然力学性能略有下降,但仍能达到相应国家标准GB/T20241-2006《单板层积材》结构用单板层积材100E优等品等级的规定值。
  经硫酸铜溶液处理的PBSC抗白腐和褐腐的研究结果表明,与未处理试验组相比,经硫酸铜溶液处理的未经处理的PBSC抗白腐和褐腐性能均有提高,其中,抗白腐性能提高了57.1%,抗褐腐性能提高了61.2%,均达到GB/T13942-2009.《木材天然耐久能第1部分:天然耐腐性实验室试验方法》规定Ⅱ级耐腐。
  经硫酸铜预处理对PBSC的抗流失性能影响的研究,结果表明,随着载药量的增加,铜元素流失率减小,当硫酸铜溶液浓度为10.0%,浸泡时间为24h,载药量为7.76Kg/m3时,铜流失率为13.52ppm。经硫酸铜预处理对PBSC的力学性能影响的研究,结果表明,当硫酸铜溶液浓度为10.0%,浸泡时间为24h,载药量为7.76Kg/m3时,PBSC内结合强度降低了21.8%,静曲强度降低10.5%,弹性模量降低4.2%。
  (3)通过对阻燃剂预处理PBSC的力学及燃烧性能的研究,重点考察了水玻璃和硫酸铝溶液浓度、浸泡时间对PBSC的力学及燃烧性能的影响,结果表明:与未处理实验组相比,随着其载药量的增加,经水玻璃和硫酸铝处理PBSC的耐燃烧性能均增强,经水玻璃处理PBSC力学性能提高,经硫酸铝处理的PBSC的力学性能略有降低,但均能达到相应国家标准GB/T20241-2006《单板层积材》结构用单板层积材100E优等品等级的规定值。
  经水玻璃、硫酸铝预处理对PBSC的燃烧性能影响的研究,结果表明,随着载药量的增加,第二峰值出现的时间延后,热总释放量降低。水玻璃和硫酸铝对具有与市售阻燃剂同样的耐燃烧性能,能有效降低PBSC热释放速率和热释放总量,抑制竹材热解和降低有效燃烧热,并延后了第二pkHRR峰值的出现时间,降低了热总释放量,第二pkHRR峰值出现的时间越晚,耐燃烧性能越好,同时,硫酸铝和水玻璃处理的PBSC降低了热解速率和有毒烟气的释放,燃烧性能达到GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定B2级。
  经水玻璃、硫酸铝预处理对PBSC的力学性能影响的研究表明,与未处理实验组相比较,当水玻璃溶液浓度为15%、浸渍时间为48h、载药量为7.88Kg/m3时,PBSC内结合强度提高了25.9%,静曲强度提高12.0%,弹性模量提高了4.6%;当硫酸铝溶液浓度为15%、浸渍时间12h、载药量为5.73Kg/m3时,PBSC内结合强度降低了32.5%,静曲强度降低13.7%,弹性模量降低5.1.%。
[硕士论文] 刘曼曼
机械设计及理论 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:利用锁扣结构进行板式家具的自体装配在国际板式家具行业已有应用,而国内尚未出现,这种连接方式可以弥补五金件连接形式的不足,具有免打孔、不耗费五金件,拆装方便,多次拆装不影响结构及使用寿命等优点,已成为板式家具新型连接方式的主要发展方向之一。本文以板式家具自体装配锁扣结构为研究对象,通过对现有锁扣结构的功能分析和技术预测,研究现有锁扣的技术、结构特征和发展趋势;利用三维扫描技术解决现有锁扣结构细微,难以提取详细结构信息的问题,结合有限元分析与试验研究等手段,研究不同锁扣结构对构件承载能力的影响,提取现有锁扣的优势结构因素;综合现有锁扣结构的优势因素,研究自体装配锁扣的新型结构,设计其加工的成型铣刀。
  针对现有锁扣结构,从锁扣实际结构特点出发,利用功能分析的方法,研究锁扣各功能构件之间的功能关系;采用专利统计分析的方法进行关于锁扣结构的技术预测。研究表明,嵌入锁定锁扣结构各功能构件间的相互作用较之本体锁定锁扣结构更为复杂;锁扣结构形式、锁扣榫槽层数与锁扣导入的安装方式是各种锁扣结构之间的主要差异。
  研究现有锁扣结构承载能力的规律,提取锁扣结构的优势因素。通过试验与仿真结果的对比分析,验证了有限元方法在木制品锁扣结构力学性能分析中应用的可行性;研究结果表明,榫头凸出部位的厚度及长度大有利于其抗弯的提高,榫槽内凹的槽底与榫头接触面的长度越长其抗弯能力越好,锁扣的脱扣失效形式可以的保护榫槽和榫头的结构;嵌入式锁扣结构力学性能优于本体锁定结构锁扣。嵌入锁定锁扣结构中,锁定构件对嵌入锁定锁扣结构的力学性能影响较大,本体锁定锁扣力学性能主要受自身榫头与榫槽结构的影响,其榫头与榫槽以较大圆弧面接触的结构可以提高锁扣结构的力学性能。
  采用功能分析的方法,借助锁扣结构的优势因素并综合考虑板式家具与实木家具接合的优点,研究并设计3种可行的自体装配锁扣结构方案。通过对3种结构进行力学性能仿真分析可知,3种自体装配锁扣结构的结合强度比五金件连接结构的结合强度大;且具有嵌入锁定特征的方案应力值最小,具有力学优势,该结构考虑锁定元件对锁扣结构的影响采用2个锁定元件,简化了榫头结构与榫槽结构。
  自体装配锁扣结构的榫头和榫槽通过铣削加工获得,其成型加工铣刀的设计以锁扣廓形特征和配刀方案为依据,本研究以榫槽在开槽机的铣削中加工为例,对锁扣廓形特征进行分析,经过设计计算,确定铣刀基本参数,并进行铣刀结构设计。
[硕士论文] 谢冰
模式识别与智能系统 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:随着信息技术、新材料、生物技术等重要领域的革命性突破和交叉融合,引发了新一轮的产业变革,加快了新一代信息技术与制造业的深度融合。传统的中密度纤维板(MDF)检测系统越来越难以满足加工过程中高精度、高效化、自动化的要求。MDF的厚度检测对连续热压机生产高质量的MDF成品板材起着至关重要的作用,提高MDF在线厚度检测精度对稳定板材的物理性能,减少生产能耗具有重要意义。
  本文以国家林业局948课题“MDF板厚在线检测与精准控制关键技术引进”(2014-4-46)以及国家自然基金项目“中密度纤维板连续平压多场耦合效应及精准工艺协同控制机理”(31370565)为背景,对MDF厚度在线检测方法进行了研究与实践:
  本文首先介绍了MDF生产制造工艺及板材成品性能检测标准。根据成品MDF的厚度检测标准,以及MDF板材的表面特点,设计了符合现代制造系统结构要求和特点的MDF厚度检测系统,并制定了MDF厚度在线检测的基本框架。
  根据所设计的检测系统制定了MDF厚度检测的实验方案,并选取不同厚度的MDF作为实验材料进行实际厚度的检测,并得到了大量的实测数据,证明了所设计检测系统的可行性。由于生产和检测过程中存在着诸多不稳定因素,所以需要对实测数据进行预处理,去除异常、次要、冗余的数据。通过小波包变换与卡尔曼滤波结合的混合滤波方法,对原始数据进行预处理,剔除了异常数据,为接下来对MDF厚度在线检测方法的研究打下了基础。
  基于预处理过后的数据样本,采用支持向量机(SVM)的回归方法,对厚度数据进行预测,从而消除一定量的检测误差。即选取不同的核函数对MDF厚度进行建模,并采用网格搜索法完成了惩罚因子及核函数参数的选取,通过对预测结果的对比,确定了以RBF径向基核为核函数的SVM回归模型,完成了MDF厚度在线检测预测模型的构建。
  另外,为了提高所建MDF厚度预测回归模型的预测性能,引入粒子群优化算法(PSO)对其进行优化,通过不同的改进PSO优化方法对预测模型的预测性能进行改善,最后通过各模型的精度对比,验证了改进后的MDF厚度预测模型在预测精度上更具优势,同时将此模型用于本文所设计的MDF厚度检测系统,以提高检测精度。
  本文所开发的基于优化SVM的MDF厚度在线检测系统及方法具有运行稳定、功能完备、检测精度高等特点,在MDF厚度检测方法的研究方向具有先进性,在MDF制造业具有较高的应用价值。
[硕士论文] 刘晓娜
木材科学与技术 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:结构用木质保温板(简称SIPs),是一种集保温和结构为一体的高强度三层复合板材,具有质轻高强、安装方便、保温节能等优点。本文采用定向刨花板(OSB)和结构胶合板为面层,聚氨酯板为芯层,胶黏剂选用单组份聚氨酯结构胶,优化SIPs制备工艺,探究测试条件以及结构组成对SIPs力学性能的影响,最后通过ABAQUS有限元软件对力学性能进行建模分析,验证有限元模型的准确性。主要研究内容及试验结果如下:
  (1) SIPs芯层材料聚氨酯板的密度应不低于40kg/m3;胶黏剂宜选用单组份聚氨酯结构胶,施胶量为180g/m2(单面)。制备SIPs的最佳冷压压力,应选择聚氨酯板应力-应变图中弹性极限范围内的最大压力。芯层密度为40kg/m3时最佳冷压压力是160kPa。
  (2)构件的面内和面外抗弯性能随跨高比的增加而减小。面内抗弯测试的跨高比分别为6、11和15时,平均极限荷载值为40.05kN、30.05kN和28.24kN;面外抗弯测试的跨高比分别为7.5、13、16和18时,平均极限荷载值为2.89kN、2.12kN、1.87kN、1.84kN。
  (3)面内抗弯测试、横向抗弯测试和竖向抗压测试中,随测试加载速率的增加,构件的极限荷载增大。面内抗弯测试时,加载速率为2.00mm/min的荷载值比加载速率为0.50mm/min的荷载值大8.00%;横向抗弯测试时,加载速率为10.00kN/min比加载速率为2.50kN/min的荷载值大11.02%;竖向抗压测试时,构件在1-2min中破坏的极限荷载值比在8-15min破坏的极限荷载值大33.80%。
  (4)采用ASTM E72和ISO22452标准对墙体进行力学测试,试验得到的极限荷载值不同。横向抗弯性能的荷载值分别为17.12kN和16.56kN,竖向抗压性能的荷载值分别为196.85kN和189.69kN,水平抗侧性能的荷载值分别为29.42kN和31.11kN。一次连续加载方法比逐级加载方法得到的极限荷载值大,不同蠕变效应导致测试荷载值不同。
  (5) SIPs面层力学强度对其强度起主要贡献。结构胶合板作面层的SIPs构件,其面内抗弯性能、横向抗弯性能、竖向抗压性能和水平抗侧性能的极限荷载分别是58.86kN、17.74kN、224.38kN和28.04kN,OSB作面层的极限荷载分别是30.64kN、15.87kN、196.85kN和27.74kN。结构胶合板作面层的SIPs构件的力学性能高于OSB作面层的构件,面层强度越高SIPs的力学性能越高。
  (6) SIPs构件的力学性能随芯层厚度的增加而增大。当芯层厚度为90mm、110mm和150mm时,面内抗弯性能测试极限荷载分别为29.96kN、30.64kN、41.67kN;横向抗弯性能测试极限荷载分别为14.89kN、15.87kN、17.30kN;竖向抗压性能测试的极限荷载分别为169.11kN、196.85kN、230.09kN;水平抗侧性能测试的极限荷载分别为27.71kN、29.42kN、33.39kN。横向抗弯测试中,芯层厚度为150mm比90mm的荷载值大16.19%;竖向抗压测试中,芯层厚度为150mm比90mm的荷载值大36.06%;水平抗侧测试中,芯层厚度为150mm比90mm的荷载值大20.50%。
  (7)610mm×2440mm模块、1220mm×2440mm模块、1220mm×1220mm模块组合制备的SIPs剪力墙,其水平抗侧性能荷载分别为36.63kN、41.58kN和41.15kN。模块组合不同导致其破坏模式不同,在模块拼接处会发生挤压错位。
  (8)不同跨高比构件发生的破坏类型存在差异。面外抗弯测试中,跨高比小于18时构件发生芯层剪切破坏,当大于或等于18时,面层与芯层在胶层位置发生分离;面内抗弯测试破坏主要发生在构件与支座接触位置,钉连接发生破坏,面层被压溃。不同面层材料和芯层厚度制备SIPs构件的破坏模式基本一致。横向抗弯测试的破坏主要是靠近试件端部的芯层发生剪切;竖向抗压测试的破坏主要是芯层断裂;水平抗侧性能测试的破坏主要发生在抗拔连接位置,抗拔装置的钉连接失效,面层与墙骨上拔。
  (9)通过ABAQUS有限元软件模拟SIPs构件的力学性能测试,该模拟方法具有可行性。分别对面内抗弯测试和竖向抗压测试建模分析,两种测试的相对误差为8.35%和10.41%。
[硕士论文] 文海洋
森林培育 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会经济发展水平的逐步上升,精装住宅大力发展,人们对居住空间的需求也呈现出日益多元化的特征,将产品服务系统引入定制家具设计中,一方面可满足用户个性化需求,另一方面企业可提高产品和服务增强市场竞争力。本文基于产品服务系统(Product Service System简称PSS)开展精装房定制家具设计用户需求调研与分析。基于PSS的精装房定制家具设计系统由产品服务及围绕产品的服务模块构成,通过研究得出基于产品服务系统的精装房定制家具设计体系。
  结论如下:
  (1)在现有PSS理论应用、大规模定制家具设计、精装房定制家具设计相关理论研究的基础上,指出整体产品是精装房定制家具服务系统的基础。客户需求是产品服务系统急需解决的关键问题。产品导向和效用导向是适用于精装房产品服务系统的核心理论。
  (2)基于PSS的精装房定制家具设计服务体系构建,服务体系由产品研发、营销、维护、回收四个部分组成。
  (3)应用调查研究法、层次分析法、KJ分析法对开发商以及购房者需求进行调研数据收集和筛选,将零碎的客户需求归纳分类为功能适用性;使用便利性;灵活多变性;时尚性;耐用性;安全性和清洁便利性七个方面,并依次设计了客户需求分解表和客户需求调研表(见附录一)。
  (4)利用质量功能展开(Quality Function Deployment,简称QFD),计算出精装房定制家具客户需求优先度。研究得出了精装房定制家具产品服务系统的客户需求顺序;依次是功能适用性;使用便利性;灵活多变性;时尚需求;耐用性;安全性;清洁便利性。
  (5)基于QFD方法和PSS相关理论构建了精装房定制家具设计服务模块。适用的精装房定制家具设计服务模块由总体设计、模块分割、模块构建三个层面渐进完善。提供了各单元模块的标准接口形式和适用尺寸模数。
[硕士论文] 陈东
材料加工工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:开展结构用锯材目测分级是高效利用锯材的重要手段,目测分级是依据分级规则评估锯材表面的缺陷影响,通过人工观测方式进行锯材的等级划分。但是存在效率低、主观性大等问题。
  针对上述问题,研制了一种可对结构用锯材表面节子进行自动检测分级的设备,该设备根据目测分级规则利用机器视觉检测技术采集、分析锯材表面图像,并划分锯材等级。本文按照锯材分级规则的功能要求,设计了设备的机械结构,建立了设备三维模型,探究了设备的光学系统模型,分析了锯材表面图像的处理方法,提出开孔模拟死节评价目测分级后的锯材,开展了3种材料在开孔情况下的力学性能试验研究,最后进行设备稳定性测试试验并提出了改进和优化方案。
  主要研究结果及成果创新性如下:
  (1)研究得出锯材表面节子检测设备的关键技术难点,根据工作原理和工作过程对设备进行设计,建立了三维实体模型和光学系统模型,探究了图像灰度和相机、光源的安装位置及锯材振动之间的关系,结果表明光源和相机的安装位置及锯材的振动对图像灰度都有影响。
  (2)采用灰度变换,中值滤波、直方图均衡化等图像增强的方法对锯材图像进行了处理,介绍了几种常见的图像分割算方法,提出利用开孔模拟死节,探究开孔锯材在受压情况下的力学性能变化趋势,为目测分级后的锯材提供力学性能评估规律,达到将机械应力分级和目测分级结合的目的。
  (3)开展了锯材在开孔情况下的力学性能试验研究,进行了花旗松和云杉的三点弯曲试验,结果表明开孔对两种材料的抗弯强度产生较大的影响。三种开孔尺寸的云杉试件的抗弯强度均值相比于未开孔试件分别下降了5.32%、14.16%、17.08%,花旗松开孔试件的抗弯强度均值分别降低了13.86%、21.97%、23.37%,但由于树种不同呈现出不同的失效模式。
  (4)进行了杨木LVL开孔试件三点弯曲试验有限元模拟,结果表明杨木LVL的破坏机理和花旗松及云杉的弯曲试验结果类似,锯材在压头和两处支点的地方受到很大的压应力,同时底部还受到拉应力作用,因此在试验过程中往往是压头处附近首先出现一个压缩损伤区域,同时试件底部开裂也常常发生。
  (5)进行了设备工作性能和稳定性的试验研究,提出了设备改进优化的方案,探究了设备运行速度和图像质量之间的关系,试验表明当扫描速率大于电机速度时,扫描的图像会被拉长,反之,图像会被压缩。同时以节子数量为研究对象,验证了设备检测系统的稳定性,结果表明设备对节子数量的检测率能够达到96%,准确率较高。
[博士论文] 韦亚南
木基复合材料科学与工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:重组木是以速生林木材为原材料,将旋切单板进行疏解后的纤维化木单板作为基本单元,热固性的酚醛树脂为胶黏剂,顺纹组坯压制成的一种具有木材天然纹理的新型复合材料。与传统的人造板相比,重组木具有原材料利用率高、可设计性强和力学强度高等优点。目前,重组木已成为速生林木材高效利用的主要途径之一,且逐渐被应用于户外领域,如景观设施,建筑梁柱等。重组木在户外使用过程中,受紫外线照射后易发生表层开裂、颜色失真及尺寸收缩等变化,严重影响重组木的美观及使用价值,限制户外重组木产业的发展。因此,研究重组木光老化机制对开发抗光老化技术、延长重组木户外使用寿命以及拓展重组木应用范围具有重要参考价值。
  本文以热处理和未热处理的纤维化木单板为基本单元制备重组木,研究重组木在物理力学性能、表面性能及耐久性能方面的变化规律,并采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、多功能成像电子能谱仪(XPS)、固态核磁共振成像技术(NMR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、气相色谱质谱联用(GC-MS)等先进方法和仪器,对重组木在UV313紫外光源照射过程中微观结构、表面化学元素、结晶度以及光降解产物等理化特征变化进行表征分析,从而进一步探讨热处理对光老化的影响及揭示重组木紫外光老化降解机制,得到如下结论:
  (1)杨木纤维化单板经160℃/0.3MPa,180℃/0.3MPa条件下热处理后,多糖发生降解、抽提物增加、单板质量下降,质量损失率为2.22%和4.13%;颜色由淡黄色变为咖啡色直至黑褐色,明度L*分别降低了23.61%和51.39%,红绿轴色度指数a*分别升高了62.5%和75.1%,黄蓝轴色度指数b*先升高后降低,幅度分别为7.69%和23.07%;平衡含水率、吸水率和浸胶量均呈现下降的趋势,平衡含水率分别降低了40.94%和42.98%,吸水率和吸胶率分别降低了21.14%、49.51%和8.64%、15.89%; pH值降低,分别降低了4.27%和5.78%;综纤维素含量分别降低了4.90%和15.15%,半纤维素分别降低了10.17%、35.54%,α-纤维素含量分别降低了2.14%和4.67%,酸不溶木质素含量升高,分别升高了9.22%和28.04%。
  (2) FTIR结果显示:热处理后归属于半纤维素乙酰基C=O的特征峰1730 cm-1处强度明显降低,1510 cm-1代表木质素骨架C=C伸缩振动出现一定幅度的下降,1370 cm-1代表纤维素和半纤维素的C-H伸缩振动,热处理后该峰的强度降低,1163 cm-1和895 cm-1处的吸收峰分别代表半纤维素和纤维素基团C-O-C、C-H的伸缩振动,经过不同条件热处理后,这些峰强度减弱;XPS结果显示:杨木单板进行疏解后材料表面的O/C从0.34降低为0.31,原因在乎杨木单板疏解时受到机械力的挤压,导致抽提物从板材的芯层逐渐向表面渗透,表面抽提物含量增加,降低了纤维化单板表面的O/C。杨木纤维化单板在160℃/0.3 MPa和180℃/0.3 MPa条件下热处理后,O/C分别从0.31降到0.29、0.19,C1含量增加,C2含量降低,C1含量分别升高8.91%、47.53%; XRD结果显示:纤维素的结晶度分别增大了6.67%,20.67%。XPS结果显示:杨木单板进行疏解后材料表面的O/C从0.34降低为0.31,原因在乎杨木单板疏解时受到机械力的挤压,导致抽提物从板材的芯层逐渐向表面渗透,表面抽提物含量增加,降低了纤维化单板表面的O/C。杨木纤维化单板在160℃/0.3 MPa和180℃/0.3 MPa条件下热处理后,O/C分别从0.31降到0.29、0.19,C1含量增加,C2含量降低,C1含量分别升高8.91%、47.53%; XRD结果显示:纤维素的结晶度分别增大了6.67%,20.67%。
  (3)经160℃/0.3MPa、180℃/0.3MPa热处理后,重组木的MOR分别降低了13.33%和36.67%,MOE分别降低了4.76%、9.52%,HSS分别降低了5.56%和30.56%,CS分别降低了12.38%、21.90%,热处理后材料细胞壁半纤维素发生降解,而半纤维素在细胞壁中起着粘结作用,半纤维素的分解导致纤维素与木质素的分离,削弱了细胞壁的力学强度,宏观上表现为材料的力学性能下降;无论是63℃水泡24h还是100℃循环水煮28h测试后,热处理后的重组木的吸水厚度膨胀率(TSR)都小于未经处理的重组木,在63℃水泡24h的条件下,经160℃/0.3MPa、180℃/0.3MPa热处理后,重组木的TSR分别降低了23.16%和57.92%,WAR分别降低了8.29%,28.0%,100℃循环水煮28 h的条件下,TSR分别降低了26.02%、45.38%,WAR分别降低了5.0%,29.88%;剖面密度分析表明,热处理后制得的板材断面密度比对照组重组木略均匀,160℃/0.3MPa制备的重组木断面密度与180℃/0.3MPa重组木断面密度分布无较大区别;热处理后耐腐性能得到了提高,其质量损失率从40.25%降为35.11%、20.15%;耐化学腐蚀,耐光老化性能都得到了不同程度的提高,但热处理并没有改善重组木的防霉性能。
  (4)木材中的木质素是光老化降解的主要物质,木质素未老化前,主要识别出4-羟基苯甲醛,乙醛,对羟基苯甲醛,1,3,3-三甲基双环[2,2,1]庚-2-醇等,木质素经光老化后,光降解产物主要有3-甲氧基苯甲酸,3,5-二甲氧基苯甲酸,松柏醛,丁香酸,4-羟基-3-甲基-2-丁酮,4-羟基-2-丁酮,4'-羟基-3',5'-二甲氧基苯乙酮等,这些产物种类包括酮类、醛类、酸类等,其中大部分降解产物与木质素基本单元组成结构类似,这表明光老化过程中主要是木质素大分子发生了化学键断裂降解,这与前人研究结果相一致其中大部分降解产物与木质素基本单元组成结构类似,这表明光老化过程中木质素大分子发生了化学键断裂降解。
  (5)酚醛树脂与细胞壁中的半纤维素、纤维素和木质素中的部分活性基团反应,减少了羟基、羧基等基团数量,形成了新的稳定的化学交联;大部分胶黏剂分布在纤维化木单板因碾压和疏解形成的裂纹以及破损的导管细胞中,部分胶黏剂通过纹孔渗透进入到薄壁细胞的细胞腔和胞间层中,并附着在细胞腔的内表面,胶黏剂附着在木材表面并形成了一层薄膜,起保护木材的作用,光老化后胶黏剂先发生降解,降解特性与木材相似,因此重组木相对于杨木来说具有更优的耐老化性能。
[硕士论文] 杨明洁
工业设计工程 河北科技大学 2018(学位年度)
摘要:流动人口日益增多,房价居高不下,租赁市场逐渐膨胀,租住房屋现有的配置家具不能满足生活需求的问题也慢慢凸现。本文以解决此问题为切入点,主要通过文献调查、访谈、问卷调查的方法对租赁房屋情况及租房人群的调查研究,首先说明便携式家具对租房人群的重要意义及如何把握租房人群的实际需求。然后通过文献调查、实例分析的方法对家具市场以及便携式家具的具体研究,结合租房环境及人群特征以及实践研究总结出面向租房人群的便携式家具设计的在尺寸、功能、结构、材料方面的指导原则。
  调查研究发现,租房人群的特性主要有:经常搬家,且年龄大部分在20至30岁,选择的租房面积偏小。通过对上海典型人物的访谈调查,先做了一下预备研究,发现租房人群与其他人群在家具需求上的区别,然后再设置相关问卷,通过网上问卷调查,得出相对具体的家具需求数据。
  通过市场调查及实例分析后,提出便携式家具的家具特性应与租房人群的需求相匹配。根据对小空间家具的相关设计调查及便携式家具的相关的调查,提出了便携式家具设计在小户型环境下应考虑空间隔断的问题和折叠结构的优势。最后通过设计实践,从功能、结构、材料、尺寸等方面,全方位的说明便携式家具设计如何更加符合租房人群的需求。
[博士论文] 闫薇
木基复合材料科学与工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:一般竹材重组技术破坏了原态竹材天然构造优势,高污染、高能耗、低利用率及大量胶黏剂的使用导致其经济和环保价值不高。受蜂巢结构启示,竹材原态仿生重组材尽最大限度保留了竹材原态结构和特征优势,可实现大规格大跨度重组,属竹材利用创新研究,具有较好发展前景。毛竹是我国工业化利用量最大的竹种,也是竹材原态利用的重要竹种,本文以毛竹为基材开展研究。
  竹材对湿热环境非常敏感,且竹材原态仿生重组材的胶合界面构成复杂,环境温度和湿度是导致结构材料强度降低和失效的重要因素,而仿生重组材对环境温湿度的响应研究尚属空白。结合原态竹材应用的自然环境,从单元到重组材开展递进研究,首先对原态竹材环状收缩机理和湿热应变响应机制进行研究,进而分析环境温湿度变化对仿生竹单元(六方竹单元)轴向抗压及胶合界面性能的影响,最后采用ANSYS有限元方法对仿生竹单元及重组材的承载特性进行模拟分析。研究结果如下:
  (1)原态竹材的横向收缩为环状向心收缩,与含水率之间呈三次曲线关系(R2>0.83),竹青部位收缩程度大于竹黄部位致使竹壁厚度变薄;含水率随时间呈ExpAssoc函数(R2>0.99)下降;温度越高干缩应力越大越集中,80℃环境下原态竹材开裂最严重,源于较大的干缩内应力释放,且外表皮蜡层融化并密实地覆盖在表面,不利于水分蒸发;竹节对裂纹扩展具有一定的抑制作用;数字散斑相关方法能够呈现竹材干缩裂纹处和非裂纹处的周向及径向应变,印证环状收缩;竹青区域干缩应力集中,是裂纹起源部位,并向竹黄部位扩展,不同于外部荷载导致的破坏首先发生在强度较弱的竹黄部位,可为原态竹材防裂处理提供逆向思考。
  (2)原态竹材对环境温湿度变化能够做出快速响应,温湿度变化越大,应变越明显,温湿度的影响主要体现为竹材含水率的变化;在相同的环境条件下,周向应变和轴向应变行为相似,但周向应变范围-500με~3000με,轴向应变范围-50με~225με,两者相差一个数量级。水分的移动通道与原态竹材的湿热应变息息相关,端部周向应变对温湿度响应更为敏感,中部周向应变滞后;原态竹材长度越长则端部和中部的应变差越大,而长度小于300mm的原态竹材两部位应变呈现此消彼长的现象,是竹材内应力均衡分布的结果。
  (3)不同湿热环境下,仿生竹单元的外径变化率大于内径变化率,长度变化率最小,浸水处理的仿生竹单元尺寸变化最大;在高温高湿(40℃、90%)环境中,试样的实时质量与处理时间的平方根基本成线性关系;与气干状态下不同,高温高湿处理后竹节对竹材的轴向抗压表现为负作用,特别是浸水30d后含竹节试样轴向抗压强度明显小于节间试样(sig.<0.05);对照组抗压强度为50.72MPa,高温低湿(40℃、20%)处理试样强度为79.47MPa,两者差异显著(sig.<0.05);浸水30d、高温高湿30d和高温高湿15d处理后试样的结晶度略有增加,纤维素的润胀导致试样强度下降韧性增加,轴向抗压强度均显著小于对照组的强度(sig.<0.05),分别为30.56MPa、28.48MPa、32.43MPa;仿生竹单元的轴向抗压强度与湿热处理时间呈线性关系(R2=0.6437)下降;裂纹主要为纤维之间的撕裂并沿着纤维方向扩展,高温低湿处理的试样裂纹出现“纤维桥”和纤维断裂,消耗较多能量,轴向抗压破坏功最大。
  (4)高-低湿热交替环境下,竹材和胶黏剂干缩湿胀的非同步性是胶合界面应力集中和强度弱化的主要原因,胶层部位边缘的干缩湿胀应力最大;胶合部位剪切强度受交替环境影响显著(sig.<0.05),处理后强度下降54.36%;胶合部位的横向抗裂强度由22.19 N·mm-1下降至15.57 N·mm-1,差异显著(sig.<0.05);处理后试样抵抗变形和破坏的能力下降,在较小荷载和位移下便产生破坏,断裂能下降62.32%;胶合部位破坏均由胶层两侧边缘开始,沿着胶层传递至某处发生偏转使得竹材发生径向断裂,这与仿生竹单元的几何特性有关,竹材胶合面是维管束密集的竹青部位,对应力偏转具有一定阻碍作用。
  (5)仿生竹单元轴向和横向承载的ANSYS有限元分析:压应力(变)和拉应力(变)均对称分布,施加荷载部位、端部和较薄的竹壁是Mises等效应力(变)较大且集中的部位;竹材原态仿生重组材横向承载的ANSYS有限元分析:7个单元的应力分布不同,上层单元应力最大,中间单元应力分布较均匀,两侧单元粘结部位应力较大,非粘结部位应力最小。12个胶层部位应力(变)情况不同,靠近荷载的竖向胶层应力(变)最大,证明了仿生竹单元胶合试样横向抗裂强度测试的必要性和合理性;胶层边缘部位的应力(变)大于中间部位。有限元的计算结果与仿生竹单元和竹材原态仿生重组材的实际承载状态一致,可用来分析仿生重组材失效机理,为提升整体性能提供指导。
[博士论文] 梁艳君
木基复合材料科学与工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:近年来,我国天然林资源严重短缺,人工林资源丰富,木材资源供需矛盾突出。通过木质材料重组技术,可以改善和提高人工林速生材性能,开发出强度高、性能稳定的工程装饰和结构材料,将是缓解我国对大径材的需求和对进口结构材产品依赖的有效途径。目前我国重组木研究和生产尚处于起步阶段,研究工作主要集中在重组木的物理力学性能指标方面,而对重组木的表面性能和耐老化性能的研究相对较少。
  本文以杨木和落叶松为原材料,酚醛树脂为胶黏剂,结合目前产品的应用领域和环境,采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)等先进测试方法,系统研究了密度、浸渍量和单板厚度等工艺因子对重组木力学性能、耐水性能、表面性能和耐候性能的影响,并探讨了PF树脂胶黏剂在重组木制备过程中的变化规律。得出如下结论:
  (1)浸渍落叶松纤维化单板后,胶黏剂固化时间延长118.6%,浸渍杨木纤维化单板后,胶黏剂固化时间缩短29.9%。浸渍胶黏剂后的纤维化单板经干燥后,6mm厚度纤维化单板的树脂保留活性较高,重均分子量增大幅度为113.3%。浸渍胶黏剂后的纤维化单板经干燥并放置30天后,杨木和松木单板胶黏剂分子量分别增大314.1%和291.4%;放置90天后,制备的重组木100℃28h水煮循环的耐水性能下降幅度最大,杨木重组木吸水厚度膨胀率TS增大35.3%,落叶松重组木TS增大54%。
  (2)对于不同树种杨木和落叶松,重组木密度增大,TS分别减小43.86%和59.24%;杨木重组木的静曲强度、弹性模量、抗压强度和水平剪切强度均增大,落叶松重组木力学强度先增大后减小,拐点在1.15g/cm3左右;制造工艺因子中,密度对重组木力学性能和耐水性能影响最显著,其次是浸渍量和单板厚度,铺装方式对重组木的力学性能和耐水性能影响不显著。密度增大,静曲强度、弹性模量、抗压强度和水平剪切强度分别增大32.85%、29.18%、22.65%和45.6%,吸水厚度膨胀率TS和吸水宽度膨胀率WS分别降低28.56%和39.84%。采用6mm疏解单板压制的重组木,密度为1.05g/cm3,浸渍量为14%时,重组木综合性能较优。
  (3)密度、单板厚度、浸渍量、压制方式和铺装方式5种工艺因子中,对重组木硬度和粗糙度影响最显著的是密度,密度增大,硬度增长幅度为106.57%,Ra和Rz的变化幅度分别为26.51%和28.27%。单板厚度和密度增加,重组木的表面自由能均增大,浸渍量、压制方式和铺装方式对材料表面自由能影响不显著。
  (4)自然老化9个月后,杨木重组木的静曲强度、弹性模量和水平剪切强度分别下降15.3%、12.3%和5.04%,吸水厚度膨胀率TS和吸水宽度膨胀率WS,分别增大16.98%和28.37%。户外暴露4个月后,L*值、a*值和b*值降到最低,ΔE*ab值达到峰值,密度增大增强材料表面颜色的稳定性。人工加速老化90天后,杨木重组木的静曲强度、弹性模量和水平剪切强度分别下降14.2%、21.8%和26.8%,TS增大14.95%,WS减小16.4%,表面粗糙度变化不明显。
  (5) FTIR分析得到,自然老化后,木质素特征峰C=C和C-H的伸缩振动减弱,同时半纤维素特征峰C=O伸缩振动减弱,杨木重组木中木质素和半纤维素发生降解。XPS分析得出,老化后,O/C比升高,杨木重组木中木质素相对含量减小。
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