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溫濕度場中木材正交異向黏彈性體系表征與模型構(gòu)建
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| 發(fā)布日期：2021/3/8
來源：網(wǎng)絡(luò) |
黏彈性是影響木材加工和利用的關(guān)鍵特性，木材構(gòu)造各向異性以及所處溫濕度場和應(yīng)力場條件對其黏彈行為具有決定性作用。因此，研究并闡明木材正交異向黏彈性的濕熱效應(yīng)機制，對深入認識木材性質(zhì)、合理并高效利用木材具有重要價值。
中國林科院木材工業(yè)研究所蔣佳荔副研究員及研究團隊在國家自然科學(xué)基金（批準號：31570548）的資助下，將材料內(nèi)因（紋理方向、含水率）和環(huán)境外因（溫濕度、載荷特性）相結(jié)合，在系統(tǒng)表征木材正交異向黏彈性的基礎(chǔ)上，揭示濕熱耦合作用對細胞壁組分和結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，從分子水平上闡明木材黏彈性的濕熱效應(yīng)機制，建立了黏彈性本構(gòu)模型。從木材線性黏彈性區(qū)域的臨界應(yīng)變值入手，闡明了木材線性黏彈區(qū)域的臨界應(yīng)變值隨溫度升高呈現(xiàn)減小的變化趨勢；揭示了吸著水分子的存在增加木材細胞壁化學(xué)成分之間的黏著力，木質(zhì)素發(fā)生濕熱軟化可以引起線性黏彈區(qū)域變窄的規(guī)律；揭示了木材黏彈行為的正交異向性與細胞壁微纖絲的取向關(guān)系，闡明了疏水性、高位阻的微纖絲與親水性的Matrix（半纖維素和木質(zhì)素）在軸、橫向受載時的異步性響應(yīng)及其引發(fā)的壁層滑移，建立了細胞壁松弛時間與水分狀態(tài)/含量的對應(yīng)關(guān)系。
該研究構(gòu)建了基于平衡含水率、溫度、載荷類型和形變模式的12組獨立黏彈性參數(shù)的木材正交異向黏彈性應(yīng)變方程組及其三維變形體；提出了機械吸濕蠕變的應(yīng)變分解方法，實現(xiàn)了量化表征機械吸濕效應(yīng)，進而豐富和發(fā)展了木材流變學(xué)的基礎(chǔ)理論，對優(yōu)化木材濕熱處理技術(shù)具有重要的理論指導(dǎo)意義。
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