彭辉
- 作品数：7 被引量：38H指数：5
- 供职机构：中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金江苏高校优势学科建设工程资助项目江苏省自然科学基金更多>>
- 相关领域：农业科学金属学及工艺化学工程更多>>
- 木材普通蠕变和机械吸湿蠕变研究概述被引量：10
- 2016年
- 木材是一种具有不同细胞类型的天然纤维复合材料,其细胞壁的壁层结构与化学组分具有多样性。在静态恒定应力作用下,木材形变随时间延长而逐渐增大,即产生蠕变。木材蠕变是影响木制品和工程构件质量以及结构设计安全性的一个关键特性。根据木材中的水分状态,木材蠕变可以划分为"含水率平衡态时的普通蠕变"和"含水率非平衡态时的机械吸湿蠕变"。本文分别阐述了木材普通蠕变和木材机械吸湿蠕变的现象和特点;围绕木材的普通蠕变,归纳了木材组织结构、含水率、温度和应力水平等因素的影响;针对木材的机械吸湿蠕变,重点从分子水平、细胞壁层结构、物理老化等方面解释其发生机制,并论述微纤丝角、化学组分、含水率和温度等因素对机械吸湿蠕变的影响。此外,本文还总结了应力/应变本构方程和Kelvin-Voigt模型模拟木材蠕变的研究进展,分别概述了普通蠕变和机械吸湿蠕变的数值模拟过程及其应用。木材蠕变特性受其自身复杂的组织构造和环境条件的影响,且各因素之间又存在一定程度的交互作用,使得木材蠕变的研究仍有较多方面尚未涉及。建议今后的研究重点从以下4个方面展开:1)针对木材正交各向异性的构造特点,采用不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,系统表征木材的正交异向蠕变特性;2)解明湿热条件下,水分、温度以及二者的交互作用对木材组分以及蠕变行为的影响,探索温湿度场中蠕变柔量与泊松比的同步实时测定;3)明确单根纤维(管胞、木纤维细胞)的机械吸湿蠕变行为规律,并确定木材组分,尤其是半纤维素在木材机械吸湿蠕变中的作用机制,从分子水平上解释氢键作用对木材机械吸湿蠕变的影响机制;4)构建能够充分解释木材蠕变特性内在机制和外在影响的蠕变模型。
- 彭辉蒋佳荔詹天翼吕建雄
- 关键词：木材蠕变模型
- 杉木正交异向蠕变行为的时温等效性研究
- 运用时温等效原理研究不同应力水平下含水率为0.6％的杉木(Cunninghamia lanceolata [Lamb.] Hook.)试样的正交异向拉伸蠕变,旨在探讨时温等效原理在杉木正交异向蠕变中的适用性及其特点.利用...
- 彭辉詹天翼吕建雄蒋佳荔
- 水分解吸过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性被引量：7
- 2017年
- 【目的】研究木材黏弹行为在水分解吸过程中的经时变化规律及其频率依存性,明确细胞壁不稳定化现象对木材松弛转变行为的影响机制。【方法】以含水率为22.2%(对应的温度和相对湿度为30℃和85%)的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪(DMA Q800)测定水分解吸过程中木材贮存模量E'和损耗模量E″的经时变化,并比较不同频率(1~50 Hz)之间黏弹行为变化的异同。在水分解吸过程中,共设置3个相对湿度水平(0%、30%和60%),任一相对湿度水平下的水分解吸过程分为降湿和恒湿2个阶段:在降湿阶段,相对湿度由85%以2%·min^(-1)分别降低至0%、30%或60%;在恒湿阶段,相对湿度在0%、30%或60%下恒定120 min。此外,选取6个平衡含水率水平(0.6%、3.2%、7.4%、13.1%、17.9%和22.2%)研究水分平衡状态下木材黏弹行为在不同频率之间的差异。【结果】在所有频率下,随着解吸时间延长,木材贮存模量增加,损耗模量减小。以1 Hz频率为例,选取降湿阶段和恒湿阶段结束为时间节点,贮存模量和损耗模量变化率(|ΔE'|和|ΔE″|)及其与含水率变化率的比值(|ΔE'/ΔMC|和|ΔE″/ΔMC|)随解吸时间的变化为:在降湿阶段结束时,|ΔE'|基本等于或大于|ΔE″|,|ΔE'/ΔMC|基本等于或大于|ΔE″/ΔMC|;但在恒湿阶段结束时,|ΔE'|小于|ΔE″|,|ΔE'/ΔMC|小于|ΔE″/ΔMC|。在降湿和恒湿阶段,|ΔE'|、|ΔE″|、|ΔE'/ΔMC|和|ΔE″/ΔMC|均随相对湿度水平的减小而增大。在解吸过程中,贮存模量随频率的增加而增大,损耗模量随频率的增加先减小后增大;损耗模量极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内。特征频率随着解吸时间的延长向低频方向移动。在含水率相同时,解吸过程对应的理论特征频率要较水分平衡状态的高。在解吸过程中,木材黏弹行为的变化在不同频率间有所差异。以损耗模量在1 Hz和20 Hz频率下的比值(E″1Hz/E″20Hz)为�
- 詹天翼詹天翼吕建雄蒋佳荔蒋佳荔彭辉
- 关键词：杉木解吸
- 木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响被引量：11
- 2016年
- 【目的】研究木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响及其规律,为木材超声波无损检测技术的应用提供理论依据。【方法】采用超声波探伤仪Epoch XT对6个树种木材(3种针叶材:杉木、红松和樟子松,3种阔叶材:核桃楸、白桦和蒙古栎)在不同相对湿度环境(20℃,50%RH,65%RH,85%RH和95%RH)达平衡含水率的木材试样轴向声速进行测定,分析木材密度和含水率对其轴向声速的影响,探讨含水率的增加在不同树种木材间引起轴向声速降低量的差异及其原因。【结果】6个树种木材在同一相对湿度下的平衡含水率存在差异,随着相对湿度增加,不同树种木材之间平衡含水率的差异增大。3种阔叶材的绝干密度均高于3种针叶材,但阔叶材与针叶材之间轴向声速的比较没有发现规律性;对于单一树种木材而言,其绝干密度与轴向声速之间的相关性不显著,决定系数R^2均低于0.24;对6个树种木材的绝干密度与轴向声速之间的关系进行统一分析,结果发现木材轴向声速随绝干密度的增加总体上呈降低的变化趋势,但二者之间无显著相关性,决定系数R^2仅为0.42。6个树种木材的轴向声速均随含水率的增加呈线性减小的变化趋势,线性回归的决定系数R^2均大于0.91;与3种阔叶材相比,3种针叶材之间"单位含水率的轴向声速降低量"的差异程度较小:针叶材中红松与樟子松单位含水率的轴向声速降低量几乎相等,分别为42.6 m·m^(-1)%^(-1)和42.4 m·m^(-1)%^(-1),杉木单位含水率的轴向声速降低量最小,为38.1 m·m^(-1)%^(-1);阔叶材中蒙古栎单位含水率的轴向声速降低量最大,为55.4 m·m^(-1)%^(-1),约为白桦(23.1 m·m^(-1)%^(-1))的2.4倍。【结论】无论是对单一树种木材还是6个树种木材的综合分析,结果均表明,木材绝干密度与其轴向声速之间无显著相关性。超声波沿木材轴向的传播速度不能仅用密度单一因子来预�
- 彭辉蒋佳荔詹天翼吕建雄
- 关键词：超声波木材密度平衡含水率
- 水分吸着过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性被引量：6
- 2016年
- [目的]研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善＂水分-机械力＂耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供科学依据。[方法]以含水率0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪（DMA Q800）在30℃、不同相对湿度条件（30%,60%和90%）下测定木材贮存模量E＇和损耗因子tanδ的变化情况,比较不同频率（1~50 Hz）之间木材黏弹行为的异同。水分吸着过程分为升湿和恒湿2个阶段：在升湿阶段,相对湿度由0以2%·min-1的速率分别升高至30%,60%或90%;在之后的恒湿阶段,相对湿度在30%,60%或90%下分别恒定240 min。[结果]在任一频率下,随着吸着时间的延长,木材贮存模量E＇减小,损耗因子tanδ增大,并且贮存模量的变化率｜ΔE＇｜明显小于损耗因子的变化率｜Δtanδ｜;单位含水率的贮存模量和损耗因子变化率（｜ΔE＇/ΔMC｜和｜Δtanδ/ΔMC｜）随着吸着时间的延长均减小。此外,在水分吸着过程中的任一时间节点处,贮存模量随频率的增加而增大,损耗因子随频率的增加先减小后增大,损耗因子极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内,并随着吸着时间的延长向高频方向移动;在1 Hz和20 Hz频率下贮存模量的比值约为0.98,该比值基本不随吸着时间的延长而变化,但损耗因子的比值在升湿和恒湿过程中先增大后减小,并在升湿阶段结束时达到最大值。[结论]在水分吸着过程中,水分子的＂塑化效应＂是引起木材贮存模量减小和损耗因子增大的主要原因,并且单分子层吸着水的＂塑化效应＂最为明显;机械吸湿蠕变效应的存在使得升湿阶段木材黏弹性的变化较恒湿阶段明显;在水分吸着过程中,随着含水率增加,木材细胞壁聚合物分子的运动速度加快,
- 詹天翼蒋佳荔彭辉常建民吕建雄
- 关键词：杉木吸着
- 木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响
- 采用超声波探伤仪Epoch XT对6个树种(杉木、红松、樟子松、核桃楸、白桦、柞木)木材在不同相对湿度环境达平衡含水率的木材试样轴向声速进行测定,分析了密度和含水率对其轴向声速的影响,探讨了含水率的增加在不同树种木材之间...
- 彭辉詹天翼吕建雄蒋佳荔
- 关键词：超声波木材密度平衡含水率
- 动态力学分析技术在木材科学研究领域的应用被引量：9
- 2018年
- 动态力学分析技术(DMA)通过材料的结构和分子运动状态表征材料的力学性能。木质材料的力学性能本质上是分子运动状态的反映,利用DMA可以架构其结构与性能之间的关系,获得木质材料的结构、分子运动及其转变等重要信息。分别总结了DMA在实体木材和木质复合材料中的应用:围绕实体木材,综合评述了DMA在分析木材材性、软化行为、机械吸湿效应以及早期腐朽程度方面所取得的研究进展;针对木质复合材料,重点介绍了DMA在分析其阻尼性能、胶合性能、界面相容性能和耐老化性能等方面的应用。建议今后的研究重点从以下3个方面展开:1)考虑到实体木材自身组织结构的复杂性以及易受环境影响等特点,采用DMA分析仪不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,在一定温湿度场中系统研究实体木材的材性与软化行为和机械吸湿效应的关系。2)利用DMA分析仪的单纤维拉伸模式,探索单根纤维(管胞、木纤维细胞)的黏弹行为,进一步明晰木质材料微观黏弹性能的响应机制。3)联用振动光谱(红外光谱或拉曼光谱),实现同步实时观察木质材料形变过程中组成分子的化学键或官能团的变化及响应,进而从分子水平揭示木质材料的形变规律。
- 吕建雄彭辉曹金珍曹金珍蒋佳荔高玉磊
- 关键词：木质复合材料木材科学
