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胶合板构成及湿变形机理研究

作　者: 王志强
导　师: 卢晓宁
学　校: 南京林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 胶合板层合理论刚度湿胀系数湿变形结构设计程序
分类号: TS653
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着原材料的战略转移,胶合板工业已经面临着一个多树种和不同单板搭配使用的问题,通过计算模型和程序计算来指导胶合板的结构设计,具有生产效率高和节约生产资源的巨大优势。胶合板等木质复合材料的翘曲变形是一个既普遍又严重影响产品质量的问题。通过建立数学模型来预测和减小木质复合材料的翘曲变形具有重大的实际意义。论文首先从经典层合板理论和木质复合材料特点出发,建立了木质复合材料的刚度体系,并应用电阻应变片电测技术,在试件受轴向拉伸和纯弯曲载荷情况下,测出试件上下表面对应位置的应变,运用复合材料力学相关理论,对刚度体系进行了验证。实验结果表明,论文中建立的刚度体系能较好地吻合实际情况。在刚度体系应用中,以消除耦合效应机理为指导,设计了四种不同结构的不对称板坯,着重讨论板坯翘曲度与耦合刚度矩阵[B]之间的定性关系。实验结果表明,一般耦合刚度系数Bi j绝对值越大,板坯翘曲度越大;并且耦合刚度系数B2 2, B1 1对实验设计板坯的翘曲度影响最大。同时,还应用刚度体系对杉木结构胶合板进行了结构设计。通过将压缩杉木单板置于板坯表层和次表层等结构设计,胶合板抗弯弹性模量得到显著提高,弹性模量实验值和理论值能较好地吻合,胶合板的弹性性能达到设计要求,该部分内容已经申请专利。通过将不同涂胶、热压工艺的杨木单板在等温增湿的环境中处理,测量了单板的顺纹、横纹和厚度方向的湿变形。实验结果表明,不同工艺处理的杨木单板在含水率从绝干到25%左右的范围内,顺纹、横纹和厚度方向上湿应变和含水率之间几乎呈直线关系,湿胀系数可视为常数。同时,涂胶量、压力、胶粘剂种类等工艺因素对单板的横纹和厚度湿胀系数影响非常显著。由于普通胶合板工艺特点,单板间脲醛树脂对单板湿胀性能影响低于低分子量的酚醛树脂,面粉的添加量会增加单板的湿胀性能;同时单板压缩,一方面增加了厚度方向的湿胀性能,另一方面单板被压密实,降低了单板顺纹和横纹方向的湿胀性能。论文根据相关理论建立了木质复合材料面内及翘曲湿变形计算模型,通过对不同结构的胶合板进行等温增湿实验,实际测试了胶合板的面内和翘曲湿变形,对模型进行了验证。分析了胶合板的正交铺设结构在降低湿胀性能同时,残余应变和应力产生的机理,并指出可以通过模型计算指导板坯结构设计,减少湿变形。论文最后根据经典层合理论和木质复合材料刚度体系,采用Visual Basic程序设计和Access数据库技术,开发了木质复合材料结构设计程序。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-7
论文中主要符号说明  7-13
1 绪论  13-27
  1.1 论文来源  13
  1.2 前言  13-14
  1.3 文献综述  14-23
    1.3.1 胶合板刚度与弹性理论  14-17
    1.3.2 单板弹性常数预测  17-18
    1.3.3 木质复合材料湿胀系数及测试方法  18-20
    1.3.4 木质复合材料湿变形  20-23
  1.4 前人研究小结  23-24
  1.5 问题的提出  24
  1.6 研究内容  24
  1.7 论文创新点  24-26
  1.8 技术路线  26-27
2. 木质复合材料刚度体系  27-37
  2.1 引言  27
  2.2 基本理论  27
  2.3 层合板表示方法  27-29
  2.4 木质单层板弹性特性  29-30
  2.5 木质复合材料刚度体系  30-35
    2.5.1 基本假定  30
    2.5.2 坐标体系  30-31
    2.5.3 刚度矩阵  31-33
    2.5.4 刚度矩阵正则化  33-34
    2.5.5 柔度矩阵  34-35
    2.5.6 柔度矩阵正则化  35
  2.6 对称结构木质复合材料刚度与弹性常数  35-36
  2.7 木质复合材料结构设计程序开发  36
  2.8 本章小结  36-37
3 木质复合材料刚度体系验证  37-51
  3.1 引言  37
  3.2 基本理论  37-38
  3.3 实验材料  38
  3.4 主要实验仪器  38-39
  3.5 试件表面贴应变计处理  39-40
  3.6 实验数据采集  40-41
  3.7 实验设计  41-42
  3.8 主要实验步骤  42-43
  3.9 实验数据及结果分析  43-51
    3.9.1 三聚氰胺浸渍纸弹性模量  43-44
    3.9.2 材料弹性常数  44-45
    3.9.3 板坯应变数据  45-48
    3.9.4 刚度体系验证  48-50
    3.9.5 本章小结  50-51
4 不对称人造板结构设计研究  51-60
  4.1 引言  51
  4.2 实验材料  51
  4.3 实验设计  51-53
  4.4 主要实验步骤  53
  4.5 实验数据及分析  53-59
    4.5.1 材料的弹性常数  53-54
    4.5.2 板坯耦合刚度[B]程序计算值  54-55
    4.5.3 耦合机理分析  55-57
    4.5.4 板坯翘曲度数据  57-58
    4.5.5 影响板坯翘曲度及矩阵[B]值因素分析  58-59
  4.6 本章小结  59-60
5 速生杉木结构胶合板结构设计研究  60-64
  5.1 引言  60
  5.2 基本理论  60-61
  5.3 杉木胶合板结构设计  61
    5.3.1 实验材料  61
    5.3.2 工艺参数  61
  5.4 结构设计  61-62
  5.5 实验数据及分析  62-63
  5.6 本章小结  63-64
6 杨木单板湿胀系数研究  64-80
  6.1 引言  64
  6.2 杨木单板湿胀系数定义  64-65
  6.3 工艺参数对杨木单板湿胀性能影响  65-68
    6.3.1 实验材料  65
    6.3.2 试件制作  65-66
    6.3.3 主要实验仪器  66
    6.3.4 实验设计  66-67
    6.3.5 实验主要步骤  67-68
  6.4 实验数据及结果分析  68-79
    6.4.1 异常数据处理  68-69
    6.4.2 单板涂胶量与涂胶固体量关系  69-70
    6.4.3 单板表面压力与压缩率关系  70-71
    6.4.4 单板湿胀系数  71-73
    6.4.5 湿胀系数直观分析  73-77
    6.4.6 各种杨木单板吸湿性能  77-78
    6.4.7 单板湿胀系数方差分析  78-79
  6.5 本章小节  79-80
7 胶合板湿变形研究  80-100
  7.1 引言  80
  7.2 面内及翘曲湿变形计算模型  80-83
  7.3 面内湿变形计算模型  83-92
    7.3.1 实验材料  83
    7.3.2 实验设计  83-84
    7.3.3 实验主要步骤  84
    7.3.4 实验数据及结果分析  84-92
  7.4 翘曲湿变形计算模型  92-99
    7.4.1 实验材料  92
    7.4.2 实验设计  92-93
    7.4.3 实验主要步骤  93
    7.4.4 实验数据及结果分析  93-99
  7.5 本章小节  99-100
8 木质复合材料结构设计程序开发  100-107
  8.1 引言  100
  8.2 程序需求分析  100-101
  8.3 程序结构设计  101-104
  8.4 实例分析  104-105
  8.5 程序安装  105-106
  8.6 本章小节  106-107
9 总结论  107-109
参考文献  109-115
附图  115-121
附表  121-140
详细摘要  140-145

胶合板构成及湿变形机理研究

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