木材干燥过程中的应力与变形——木材干燥的内应力及其成因
木材截面在外力作用下出现的应力称为外应力,没有外力作用下木材内部出现的应力称为内应力。木材在没有任何外力的情况下开裂变形,证明木材内部确实存在内应力。例如,木材的开裂是由于木材内部的拉应力超过木材的抗拉强度极限,导致木材组织遭到破坏而引起的。
新砍伐的湿木内部水分分布均匀,没有水分梯度,没有内应力。但木材在大气中自然干燥时,会产生不均匀的收缩,产生内应力。例如,木材表面的水分蒸发很快,其含水率首先下降到纤维饱和点以下,表面开始收缩。但内层含水率仍在纤维饱和点以上,不发生缩水现象。这样,外层收缩,内层不收缩,产生外拉内压的内应力。木材的弦缩和径向收缩的差异也会产生内应力。
木材在干燥过程中产生内应力的原因是由于木材细胞腔和细胞壁在纤维饱和点以下发生变形。木材在干燥过程中出现的弯曲、开裂等缺陷是内应力的具体表现。
木材的内应力是由于木材内部含水率不均匀,干燥收缩不均匀而引起的。木材中含水率分布不均会引起暂时的应力和变形。含水率均匀后,应力和变形就会消失。这种应力称为含水量应力或弹性应力,这种变形称为含水量变形或弹性变形。木材除了具有弹性外,还具有可塑性。在持续的水分应力和变形过程中,木材的外层或内层会在湿热空气的作用下发生塑性变形。水分均匀分布后,塑性变形部分将被固定,不能恢复到原来的大小,也不能缩小到应该收缩的尺寸,保持一部分应力。这种变形称为残余变形,这种应力称为残余应力。
木材内部的含水率应力和残余应力之和等于木材的总应力。
在木材干燥过程中,影响木材干燥质量的是总应力。干燥过程结束后,继续影响木材质量的是残余应力。为了保证木材的质量,两种应力越小越好。
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