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[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] 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] 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] 刘美宏
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:在室内装修中,主要以木质材料为主。随着室内声学环境的要求越来越高,因此对木质材料的隔声学性能具有一定的要求。木质材料密度较低,隔声性能较差,达不到理想的隔声效果。为了提高木质材料的隔声性能,本研究利用了多层复合材料的隔声机理、吸声材料的吸声机理及高分子阻尼材料的减振降噪机理,将木质材料、吸声材料及粘弹性阻尼材料以一定的形式进行复合。获得的木质阻尼隔声复合材料兼具了隔声、吸声、阻尼性能。在声源复杂的条件下,具有综合降噪的效果。
  本论文将中密度纤维板(MDF)和橡胶材料以异氰酸酯(MDI)为胶黏剂热压复合,采用方差法分析热压工艺参数对木质阻尼复合材料力学性能及隔声性能的影响规律,优化出较佳的热压工艺参数。在优化的热压工艺参数基础上,对木质阻尼复合材料隔声性能的影响参数进行了深入研究。在保持复合材料的厚度及面密度不变的前提条件下,通过设计复合结构,提高木质阻尼复合材料的隔声性能。再将木质阻尼复合材料与吸声材料复合,获得“隔声-吸声-隔声”复合结构应用到木质门中,提高木质门的隔声性能,验证了木质阻尼复合材料的隔声性能。论文主要得到以下结论:
  (1)制备工艺的热压时间、热压压力及涂胶量对其力学及隔声性能均具有一定的影响。热压时间的长短影响胶粘剂的固化程度,延长热压时间,胶粘剂充分固化,复合材料的胶合强度较佳。热压时间的延长,橡胶与MDF贴合更加紧密,橡胶可以充分发挥其阻尼性能,从而提高了复合材料隔声性能。热压压力对复合材料的MOR、MOE具有显著影响,相关系数分别为0.555,0.529。热压压力对IB影响不显著。当热压压力过大时,芯层橡胶厚度变薄,导致板材的隔声量降低3 dB。涂胶量对其MOE、MOR、IB的影响极为显著,正相关系数分别为0.869、0.824、0.896。涂胶量从32 g/m2增加到96 g/m2,其平均隔声量增加4 dB。通过方差分析,确定热压工艺参数为热压时间10 min,热压压力3 MPa,涂胶量64 g/m2时,满足板材使用的力学性能及较优的隔声性能。
  (2)根据Hoff夹层理论及等效参数理论分析材料参数与隔声性能的关系。采用小混响室-消声箱法测试复合材料的隔声性能,利用SPSS软件分析MDF厚度、橡胶厚度及密度、损耗因子对其隔声性能的影响规律。MDF厚度对木质阻尼复合材料的隔声性能具有显著影响,当MDF厚度从3.0 mm增加到5.0mm时,计权隔声量增加了6 dB。MDF厚度增加,其板材刚度增加,抑制了板材的共振。橡胶厚度对其隔声性能具有极显著影响,正相关系数为0.979。当橡胶厚度从0.8mm增加到2.0 mm时,其计权隔声量增加了7 dB。橡胶密度对其隔声性能影响不显著,橡胶密度增加,木质阻尼复合材料的计权隔声量变化较小。根据方差分析,材料参数优化为MDF厚度2 mm,橡胶厚度2 mm,橡胶密度2.3 g/cm3时,获得质量轻、厚度薄及隔声性能较佳的木质阻尼复合材料。
  (3)非对称结构有效地抑制了复合材料的共振,其共振频率处的隔声量增加了4 dB。在五层结构中,当两层橡胶密度不同时,其隔声性能较好。当橡胶0层增加到2层时,计权隔声量增加了15 dB。橡胶层数增加时,其损耗因子增加,阻尼降噪能力越强,隔声性能越好。自由阻尼结构的计权隔声量26 dB,约束阻尼结构的计权隔声量32 dB,增加了6 dB。将获得的木质阻尼复合材料与吸声材料复合,对比了玻璃纤维吸声棉、聚酯纤维吸声板及三聚氰胺吸声棉三种多孔材料对复合结构隔声性能的影响。最终确定以三聚氰胺吸声棉为填充的吸声材料。吸声材料的填充方式对其隔声性能具有很大的影响,吸声材料与空气层相配合时,其隔声性能较佳。填充结构为BU的隔声性能较优。当多孔材料厚度增加时,复合结构的隔声性能增加。最终确定的材料参数及结构为:MDF厚度2mm,阻尼结构为约束阻尼结构,结构为对称结构,多孔材料的填充形式为BU结构,填充10mm的三聚氰胺吸声棉及5mm空气层。
  (4)木质阻尼复合隔声门的隔声性能优于普通木质门。木质阻尼复合隔声门的计权隔声量31 dB,而普通木门的计权隔声量19 dB,比普通木门隔声量增加12 dB。
[硕士论文] 王方
木材科学与技术 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:随着人们对地采暖用实木地板认识的进一步加深以及地暖技术的逐渐成熟,地采暖用实木地板天然美观、高贵典雅,得到越来越多消费者的喜爱,消费人群日益增多。然而,实木地板用在地采暖环境时容易开裂、变形、翘曲等,是当前需要解决的问题之一。本论文从树种、加工工艺、使用环境三方面研究地采暖用实木地板的尺寸稳定性,为后期更好的加工利用提供理论依据,具有一定的科学指导作用。
  针对不同树种,主要研究其在气干状态和绝干状态下的径向干缩湿胀率、弦向干缩湿胀率以及体积干缩湿胀率的不同,由此确定不同材种的尺寸稳定性。此外,通过测定不同宽度和厚度尺寸地采暖用实木地板的耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性,分析不同规格尺寸地采暖用实木地板的尺寸稳定性。然后,分别测定地采暖用实木地板四边锯切不封边、四边锯切封边、四边不锯切、长宽两边锯切封边和长度一方向锯切封边处理条件下的干缩率和湿胀率,找出评价尺寸稳定性的最佳测试方法。最后,选取了采暖期和回潮期两种典型的气候环境,即温度25℃,湿度25%和温度28℃,湿度80%,探究在这两种模拟环境条件下地采暖用实木地板的尺寸变化规律。此外,对地采暖用实木地板进行泡水试验,研究随着泡水时间的延长其尺寸的变化情况及泡水后进行平衡处理,地板尺寸的恢复情况。
  本论文主要结论如下:
  (1)为了保证地采暖用实木地板的尺寸稳定性,首先应尽量挑选尺寸稳定性较好的树种。通过测定六个树种径向、弦向及体积干缩湿胀率可知,黑胡桃的尺寸稳定性相对较好,红橡尺寸稳定性相对较差。
  (2)加工方式对地采暖用实木地板尺寸稳定性有重要的影响,径切板的尺寸稳定性显著好于弦向板的尺寸稳定性;一般来说,弦向板比径向板的干缩率大30%以上,特别是栎木和红橡,弦向板的干缩率基本为径向板的2倍。
  (3)不同规格地采暖用实木地板对宽度方向的耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性影响较大,在研究不同规格地采暖用实木地板的尺寸稳定性时,主要考虑宽度方向尺寸的变化,可忽略厚度方向尺寸的变化。
  (4)不同锯切封边处理都会对地采暖用实木地板的尺寸稳定性有一定的影响,对地板边部封边处理可以提高地采暖用实木地板的尺寸稳定性;在地采暖用实木地板进行检测时,可采用长宽两边锯切成一致尺寸并做封边处理测试和评价地采暖用实木地板耐热尺寸稳定性和耐湿尺寸稳定性。
  (5)通过对六个树种模拟在采暖期和回潮期地采暖用实木地板的尺寸稳定性可知,无论采暖期还是回潮期,黑胡桃地采暖用实木地板的收缩率和膨胀率相对较小,尺寸稳定性较好。
  (6)水浸泡对六个树种宽度和厚度膨胀率均有一定影响,建议在地采暖用实木地板的使用过程中尽量避免水浸泡地板,如遇地板泡水情况,应立即进行处理,并及时维修。
[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。
[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。
[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] 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。
[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] 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] 宫世琪
建筑学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:街道承载了各种各样人的社交活动,在这些活动中街道家具扮演了不可或缺的重要角色,对人们的户外活动与城市中具有特殊意义。但在寒地城市中,大部分已有的街道家具并非提前进行针对性设计与处理的,而是街道建设在先,街道家具设置在后,出现了功能缺失、维护不足、摆放不合理、设计存在明显缺陷等问题,甚至“千城一面”,许多城市的垃圾桶、座椅等设施都是一样的,忽视了使用主体的使用需求与情感需求。在经济快速发展的今天,人们对美好生活的要求越来越高,对街道家具的要求也越来越高,因此要在规划和设计时从各方面因素进行考虑,建造更合理的街道家具。
  首先分析了街道家具的功能特征,根据功能对街道家具进行系统分类。其次,对寒地城市的气候特点进行了分析,梳理了气候对于人、景观等方面的影响,提出寒地城市中街道家具设计中应着重注意御寒、防滑两个要点,并且还需注意设施本身的材料选择与色彩搭配。再次,从人体工程学“人-机-环境”入手,从人、设施、环境三个大的方面分析,包括人的尺度、心理需求、行为习惯、感觉因素对于寒地城市街道家具设计的影响,同时结合寒地城市特有的气候因素、街道家具设施本身的材料、功能因素的限制,系统阐释了寒地城市街道家具设计时的注意要点。最后,按照街道家具的不同类别依次进行分析及举例说明,给出设计要点及优化建议,为后续更好的优化寒地城市街道家具提供可参考的建议,为人们提供功能更合理、使用更方便的街道家具。
[硕士论文] 叶望
设计学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:柜类定制家具是家具企业在大规模生产的基础上,根据消费者自己要求设计的家具,有时还需配合房子的户型结构,并且多数柜类定制家具都与环境形成刚性连接,与空间环境融为一体。本论文以柜类定制家具为研究对象,通过实践和调研分析,找出定制家具存在的问题和不足,得出柜类定制家具设计服务的真正内涵。论文以定制家具的两个重要设计要素为出发点,接合数字化快速服务的特点,得到三个研究思路,一是柜类定制产品与空间环境的有机结合,做到物与环境的协调关系;二是定制家具产品设计满足客户的多样性需求,做到“以人为本”的设计理念;三是通过结合数字信息化,加快产品的服务效率。其具体研究表现为结构的研究、模块的研究、编码的研究三个方面。
  (1)结构研究不仅分析与总结了以“32mm系统”为主的常规结构设计方式的特点,而且针对常规结构设计中存在的结构件和孔位暴露的问题进行设计尝试,即隐形连接的方式。隐形结构除了实现结构件和孔位的隐蔽,起到美化产品的作用,而且通过隐形结构的可调节性,实现顶线与顶棚、收口板与左右墙体的紧密贴合等效果。
  (2)模块研究从表面模块和柜体模块两个角度进行探讨。表面模块设计以色彩搭配、纹样形式、装饰工艺等设计,满足消费者个性的审美需求;功能模块设计研究人的活动规律以及人的使用习惯,满足消费多样化、个性化的功能需求。
  (3)编码研究是以设计和生产服务为出发点的研究。模块编码是由类别码、规格码、特征码、材质码、追释码构成的编码体系,它以单体模块为研究对象,通过关联消费者最为关心的材料、颜色、功能、价格等要素,并满足产品尺度与空间适应性的要求,在设计师与消费者的共同参与下,快速做出合理的设计方案;零部件编码作为模块编码的二阶编码,它是由定位码、类别码、规格码、材质码、追释码构成的编码体系,零部件编码可以辅助设计编码的报价,同时可以快速服务产品的生产和安装。
[硕士论文] 姜鑫
机械设计及理论 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:带锯机作为重要的制材设备在木材加工行业中应用广泛,但随着被加工零件的形状变得越来越复杂普通的带锯机不能满足加工需求,利用数控技术对带锯机进行升级改造有效地解决这一难题。本文主要研究目的是设计一种新型可加工大幅面人造板的数控曲线带锯机。
  通过阅读大量国内外文献、到国内大型木工机床展会实地调研,对国内外数控曲线带锯机的发展有了深入的了解。根据实际加工需要最终选择带锯机主机固定不动带锯条的工作边绕着锯齿尖垂直连线回转摆动,板材固定在夹具上沿着X轴和Y轴做直线运动共同完成曲线加工。根据实际加工要求确定最终方案为内推台三锯轮数控曲线木工带锯机。确定机器的设计方案和相关技术参数,利用三维绘图软件绘制数控曲线带锯机的各部分零件的三维模型并将其装配在一起,为对数控曲线带锯机进行分析研究做好基础准备。
  对内推台三锯轮数控曲线木工带锯机机架进行有限元分析,其中利用三维绘图软件的静力学分析插件对主机机架进行静力学分析,得到相应的应力和位移云图分析发现主机机架刚度不足,因此对主机机架进行改进设计重新进行静力学分析得到新的应力和位移云图符合强度和刚度设计要求;之后对数控曲线带锯机机架整体进行模态分析得到固有频率及振型,确定数控曲线带锯机振动稳定性;对带锯轮的几何参数和布局方式进行分析建立数学模型确定参数的边界条件,利用Matlab求解得到计算结果确定极限值从中选出最优值。
  经过一系列的分析计算保证数控曲线带锯机结构设计的合理性,之后对数控曲线带锯机的电气控制系统进行设计。本设计采用的是PLC控制系统,首先确定控制系统方案,分析内推台三锯轮数控曲线木工带锯机的电气动作顺序,完成控制系统资源统计,设计和绘制电气原理图,设计和分析PLC控制程序、PLC触摸屏。
  本设计为专用数控曲线锯切设备,改变现有数控曲线带锯机工作台的布置方式,扩大了带锯机的加工范围,使数控曲线带锯机的结构变得更加紧凑;转动导向锯卡进给方式采用齿轮结构提高控制精度。内推台三锯轮式数控曲线带锯机为数控曲线带锯机设计提供了新的思路和方案。
[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] 樊粉霄
农业电气化与自动化 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:将木材用于实际生活,时常存在木材的表面特性达不到人类视觉性要求的问题,这必然影响木材的使用价值。对于此问题通常通过木材染色工艺来解决。社会生产中,木材染色配色过程效率低、精度差,染色配色模型建立存在困难,木材染色配色过程存在不确定性。为了解决上述一系列问题,本文将智能算法引入木材染色计算机自动配色系统,减少了配色过程所需时间,并且染色效果也可以达到预期要求。这一研究成果对木材染色工艺的发展起到了推动的作用。并且智能算法的引入,为木材染色配色模型的建立引入了新思路,对智能算法的发展起到了促进的作用。
  本研究首先将RBF神经网络引入计算机配色,并建立木材染色配色模型。该模型网络收敛速度慢,染色精度难以达到预期要求,对新鲜样本的适应能力低,同时陷入局部最佳值的可能性较大。针对这些缺点,在传统的RBF神经网络模型的基础上引入了模糊算法、遗传算法,建立了木材染色配色的混合模型。所建模型通过Matlab编程实现。
  仿真结果显示,基于RBF神经网络的模型,网络收敛速度为158步,相对误差为1.55%,此模型配色需要耗费较长的时间,影响配色效率,且由于误差较大,配色效果难以达到目标要求。基于模糊RBF神经网络的染色配色模型,网络收敛速度为134步,相对误差为0.96%,相较于基于RBF神经网络的配色模型,配色耗时相对缩短,配色效果相对较佳。基于遗传算法全局优化RBF神经网络的配色模型,网络在遗传算法进化到20代左右时逐渐稳定,相对误差为0.87%,配色耗时和配色效果均优于上述两种模型,并且基本可以达到目标要求。综合比较三种模型,由于基于遗传算法全局优化RBF神经网络的配色模型网络收敛速度最快、精度最高,所以选取此网络作为木材染色计算机智能配色系统的核心,在此基础上,设计和完成木材染色计算机智能配色系统。
[博士论文] 吴珽
林产化学加工工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:制浆材的材性特征与终端产品质量关系密切,因此在生产过程中需要实时检测原料的材性特点,根据材种和材性的变化及时调整制浆工艺参数。但是由于传统的材性分析手段在工业化连续生产过程中无法满足实时快速检测的需要。为降低企业成本,提高生产运行稳定性和市场竞争力,基于近红外光谱技术和化学计量学方法,系统的开发了针对制浆材材性的预测模型,开展了制浆材材性快速检测技术研究。本研究选取尾巨桉(Eucalyptus urophylla×grandis)、尾叶桉U6(Eucalyptus urophylla U6)、尾叶桉L11(Eucalyptus urophylla L11)、蓝桉(Eucalyptus globules)、马占相思(Acacia mangium)、厚荚相思(Acacia crassicarpa)、纹荚相思(Acacia aulacocarpa)、大叶相思(Acaciaauriculiformis)、杂交相思(A.auriculiformis×A.mangium)、三倍体毛白杨(Triploid populustomentosa)、美洲黑杨(Populus deltoids)、意大利杨(Populus euramevicana)、欧美杨(Populus euramericana)等13种常见制浆材原料为研究对象,以全息光栅分光近红外光谱仪为分析仪器开展实验。
  首先进行了近红外测量环境与光谱采集参数的确定。实验以适龄蓝桉的综纤维素含量为研究对象,得出如下结论:温度在15~30℃之间、相对湿度在30%~50%之间,近红外光谱仪扫描速度为360°/min、光谱采集次数为20次/圈、每个样品装样3次取平均光谱,木粉受砝码压强为1.41kPa,是采集木粉样品近红外光谱,建立近红外预测模型的最佳测定参数。以适龄蓝桉的基本密度为研究对象,得出如下结论:温度在15~30℃之间、相对湿度在30%~80%之间,近红外光谱仪扫描速度为360°/min,光谱采集次数为20次/圈,每个样品装样10次取平均光谱,是建立木片近红外预测模型的最佳参数。
  测定13种原料的化学成分含量,基本密度,并在人为控制水分含量的情况下测定实际水分含量。采集各样品近红外光谱,在Matlab8.0中采用多种组合预处理方法预处理近红外光谱,加载偏最小二乘法、LASSO法、支持向量机法和人工神经网络法针对各种预处理方法建立模型。再运用遗传算法对波段进行选择,将筛选出的最优波段与与人为划分的三级倍频区间、二级倍频区间、一级倍频与合频区间、全光谱波段分别建模进行比较,提高了部分模型的精确度从而优化了模型。尝试从组分结构角度分析了综纤维素、Klason木质素、聚戊糖、冷热水抽出物、苯醇抽出物、1%NaOH抽出物和水分在最优波段上的特征吸收,从理论上解释了模型的预测能力。根据常见混合制浆材原料情况,模拟了杨木-桉木、桉木-相思两种混合原料,分别建立了混合程度的近红外分析模型和化学成分含量的近红外分析模型并确定了相关参数。研究结果如下:
  综纤维素含量分析时,应对原始光谱使用平滑、矢量归一化、一阶导数的预处理方法,选择1331.0~2362.1 nm区间的波段,用LASSO法建立校正模型。单一原料模型的RMSEP值达0.48%,模型适用于质量控制。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.60%,模型适用于非精确性测定。桉木-相思混合原料模型RMSEP值为0.57%,模型适用于质量控制。
  Klason木质素含量分析时,应对原始光谱使用平滑、MSC、二阶导数的预处理方法,选择1135.4~1874.8nm和2132.9~2426.1nm区间的波段,用支持向量机法建立模型,单一原料模型RMSEP值为0.42%,模型适用于质量控制。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.57%,模型适用于质量控制。桉木-相思混合原模型RMSEP值为0.47%,模型适用于非精确性测定。
  聚戊糖含量分析时,应对原始光谱采用平滑、矢量归一化、二阶导数的预处理方法,选择1328.3~2342.5nm区间的波段,选用建模方法为偏最小二乘法,单一原料模型RMSEP值为0.72%。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.81%;桉木-相思混合原料模型RMSEP值为0.79%。模型均适用于质量控制。
  冷水抽出物含量分析时,应对原始光谱采用平滑、MSC、二阶导数的预处理方法,选择1331.2~2328.5nm区间的波段,选用建模方法为LASSO法,单一原料模型RMSEP值为0.24%,模型适用于质量控制。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.26%;桉木-相思混合原料模型RMSEP值为0.29%。两个混合原料模型均适用于非精确性测定。
  热水抽出物含量分析时,应对原始光谱采用平滑、MSC、二阶导数的预处理方法,选择1335.6~2334.7nm区间的波段,所用建模方法为人工神经网络法,单一原料模型RMSEP值达0.28%,模型适用于质量控制。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.29%,模型适用于质量控制。桉木-相思混合原料模型RMSEP值为0.32%,模型适用于非精确性测定。
  苯醇抽出物含量分析时,应对原始光谱采用平滑、MSC、一阶导数的预处理方法,选择全波段参与建模,建模方法为偏最小二乘法。单一原料模型RMSEP值为0.23%。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.26%;桉木-相思混合原料模型RMSEP值为0.29%。三个模型均适用于质量控制。
  1% NaOH抽出物含量分析时,对原始光谱应采用平滑、矢量归一化、一阶导数的预处理方法,选择1139.1~2362.9nm区间的波段,所用建模方法为LASSO法,单一原料模型RMSEP值为0.38%。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为0.39%。桉木-相思混合原料模型RMSEP值为0.41%。三个模型均适用于质量控制。
  水分含量分析时,对原始光谱应采用平滑、归一化、一阶导数的预处理方法,选择1346.7~1477.4nm和1790.0~1983.3nm区间的波段,运用偏最小二乘法建模,模型RMSEP值为1.19%,模型适应性好。
  基本密度分析时,运用平滑、矢量归一化、一阶导数的方法预处理原始光谱,选择全光谱波段建模,选用LASSO法作为建模方法。模型RMSEP值为6.31 kg·m-3,模型适应性好。
  混合程度分析时,对原始光谱进行平滑、矢量归一化、一阶导数预处理的组合,选用建模方法为LASSO法,选择全光谱波段建模。杨木-桉木混合原料模型RMSEP值为1.84%。桉木-相思混合原料RMSEP值为1.93%。两个模型都有着好的适应性。
  根据上述结论,开发了可进行粉碎、快速烘干、筛分、整形等预处理操作的制浆材预处理系统、组装了光谱采集系统并研发了数据分析及控制系统,三者有机组成了制浆材材性检测平台,实现了制浆材的快速分析。
[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。
[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] 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。
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