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干燥過程中,不考慮木材干縮的各向異性,并假定僅在木材厚度上發(fā)生水分移動,則厚度上含水率分布、應力與變形的變化可按四個階段分析:
a.干燥初始尚未產(chǎn)生應力的階段。此階段中盡管表層含水率低,厚度上含水率分布不均,但都在纖維飽和點之上,不產(chǎn)生干縮,因而不產(chǎn)生應力。
b.干燥初期,應力外拉內(nèi)壓階段。干燥過程開始后,木材表面自由水先蒸發(fā),經(jīng)過一段較短時間(取決于干燥介質(zhì)的溫度和相對濕度)后,表層含水率降到纖維飽和點之下,斷面上含水率梯度增大、且出現(xiàn)“濕線”,“濕線”以外區(qū)域降到纖維飽和點以下,以內(nèi)區(qū)域仍高于纖維飽和點。隨著干燥的進行,“濕線”不斷向內(nèi)移動。
木材表層因含水率在纖維飽和點以下,所以要產(chǎn)生干縮,但內(nèi)部各層含水率高于纖維飽和點、尺寸不變,因而牽制表層的干縮,故表層因該牽制受拉應力,內(nèi)部則同時受壓應力。又因為干燥初期木材橫斷面上,含水率降到纖維飽和點以下的區(qū)域較薄,相應受拉應力的區(qū)域較小,而受壓應力的區(qū)域較大,且總拉力與總壓力相平衡,所以,內(nèi)部單位面積上的壓應力較小,而表層單位面積上的拉應力相當大,且很快發(fā)展、達到較大拉應力,當該應力大于表層抗拉強度極限時,即產(chǎn)生裂紋。這也是干燥初期易產(chǎn)生表裂的主要原因。
由于木材是彈性-塑性體,當表層拉應力超過其比例極限時,就會產(chǎn)生塑性變形,或拉應力雖沒超過比例極限,但受力時間長會產(chǎn)生蠕變,從而產(chǎn)生塑化固定。
隨著干燥過程的進行,“濕線”不斷內(nèi)移,即表層以內(nèi)的一些區(qū)域也逐漸降到纖維飽和點之下,受拉應力的區(qū)域逐漸擴大,而內(nèi)部在纖維飽和點以上的受壓應力作用的區(qū)域則逐漸減小。因此,表層單位面積上的拉應力逐漸減小,而內(nèi)部單位面積上的壓應力逐漸增大,并達到較大值,但內(nèi)層壓應力發(fā)展較慢。
c.干燥中期,內(nèi)外應力暫時平衡階段。該階段表層由于嚴重的拉伸塑化固定,產(chǎn)生受限干縮,表層的梳齒長度比自由干縮應該達到的尺寸長。由于其屬自由干縮或因壓縮塑性變形而使其尺寸逐漸接近并暫時等于外層尺寸,這時木材中的內(nèi)外層的應力暫時平衡。