熱磨法動態(tài)壓縮載荷作用木材原料解離試驗與建模研究.pdf

1、在纖維制備過程中，熱磨法是纖維原料制備的主要方法。熱磨法是對木材原料進行蒸煮軟化后，再利用磨片施加動載荷作用促使木材原料迅速發(fā)生彈性變形、塑性變形直至破碎解離為木材纖維的生產方法。揭示熱磨法動態(tài)壓縮載荷作用木材原料的解離機理可以深入的開展纖維分離基礎理論研究，創(chuàng)新完善纖維分離理論;可以優(yōu)化熱磨機設計和磨片的齒形結構，提高熱磨機和磨片的性能、制備纖維的質量和生產效率，有助于纖維生產中的節(jié)能降耗。本文的研究內容受國家自然基金面上項目“連續(xù)動

2、載作用解離木纖維的分形機理與建模研究(31070499)”、教育部高等學校博士學科點專項科研基金（博導類）“基于CFD纖維分離運動特征與能量轉換機理研究(20130062110005)的資助”?！盁崮シ▌討B(tài)壓縮載荷作用木材原料解離試驗與建模研究”具有重要的理論意義和實際應用價值。
　　通過對纖維分離生產工藝與實際工況分析，依據沖擊動力學、應力波理論與加載技術，采用SHPB試驗裝置進行動態(tài)壓縮載荷作用下木材原料的解離試驗。選擇不同樹

3、種楊木、樺木和水曲柳進行不同方向、含水率和應變率等試驗條件下的動態(tài)壓縮加載試驗，研究加載方向、含水率和應變率對木材原料解離特征的影響。研究表明:弦向加載試件最易解離，徑向加載次之，而軸向加載試件最難解離;全飽和試件的解離程度大于氣干試件;試件的解離程度隨應變率的增大而增大。楊木、樺木和水曲柳動態(tài)壓縮載荷作用的解離特征試驗分析，為動態(tài)壓縮載荷條件下木材原料動態(tài)力學特性研究提供了理論依據。
　　通過試驗分析研究動態(tài)壓縮加載條件下楊木、

4、樺木和水曲柳的動態(tài)力學特性，研究試件水分、加載應變率狀況和試件密度對木材原料動力學特性的影響。研究發(fā)現:低應變率加載條件下，楊木、樺木和水曲柳試件的應力—應變曲線由線彈性階段、屈服后弱線性強化階段和密實化階段三部分組成;高應變率加載條件下，楊木、樺木和水曲柳試件的應力—應變曲線沒有密實化階段;從楊木、樺木和水曲柳試件的屈服強度和抗壓強度值分析表明，試件材料是應變率敏感材料;試件內的自由水在高應變率情況下主要體現為減弱木材強度的作用。研究

5、結果為后續(xù)木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用的解離與能量耗散機制的研究，以及本構模型的建立奠定了理論基礎。
　　依據木材原料動態(tài)壓縮載荷作用的解離特征與動力學特性，結合材料力學、木材學等理論分析木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用發(fā)生彈性變形、塑性變形、直至破碎的解離與能量耗散機制，分析應變率對木材原料解離機制的影響，建模描述木材原料解離的能量耗散機制;建立動態(tài)壓縮載荷作用下木材原料壓縮解離率相關的本構模型，并通過對試驗數據的統(tǒng)計、分析驗證本構模型

6、的準確性。研究結果表明，建立的本構模型較好的反映了動態(tài)壓縮加載過程中木材試件應力—應變曲線的宏觀響應，驗證本構模型能夠準確的反映木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用發(fā)生解離的過程，為熱磨法纖維分離設備結構和參數優(yōu)化提供理論支撐。
　　通過對熱磨機磨片的結構、種類與功能的說明，分析了齒形結構參數設置與磨片纖維分離性能評價參數之間的聯系，研究了齒槽寬度、磨齒傾角、周向齒及磨片坡度等磨片齒形結構參數對纖維分離作用機理的影響作用，并結合木材原料受動

7、態(tài)壓縮載荷作用理論與建模研究的結果，建立了一種提高木材原料受載頻次的磨片齒形結構設計方法，闡釋磨片齒形結構參數與纖維分離機理之間的關系，優(yōu)化磨片結構設計。
　　熱磨法動態(tài)壓縮載荷作用下木材原料解離試驗與建模研究，深入剖析了木材原料在動態(tài)壓縮載荷作用下的動力學特性，木材原料受動態(tài)壓縮載荷作用的解離機理;分析了磨片磨齒結構參數對磨片纖維分離作用機理的影響，揭示了磨片齒形結構參數對纖維分離的作用，為熱磨法纖維制備工藝、纖維分離設備結構和