木榫旋转摩擦焊接抗拉拔力的影响因素

在红松(Pinus koraiensis Sieb. et. Zucc)木材基材上钻制2种规格可插入木榫棒的预钻孔(预钻孔径8、9 mm,深度40 mm)、选取2种规格红松材质的木榫棒(长100 mm,直径10、12 mm),分别进行不同木榫棒直径与预钻孔孔径比、不同基材纹理的圆棒木榫旋转焊接试验,并与敲击试验试件进行对比,分析不同试验方法对焊接试件抗拉拔力的影响。结果表明:①木榫旋转焊接能明显提高连接的抗拉拔力,高于敲击试件300%以上,焊接界面上有大量熔融物质,说明木榫旋转焊接对于连接强度的提升具有明显作用。②随着木榫棒直径与预钻孔孔径比的增加,抗拉拔力逐渐增大,在同一木榫棒直径与预钻孔孔径比时,顺纹基材焊接产生的抗拉拔力高于横纹基材。③纹理对于焊接性能的影响十分显著,对焊接后木榫棒焊接部位的形态进行观察,横向纹理对木榫棒直径的削减作用更为明显,顺纹焊接后木榫棒整体呈圆台状,木榫棒直径的变化更为平滑;对焊接带进行观察,顺纹焊接的焊接带平均宽度明显高于横纹焊接带平均宽度,同参数规格时,顺纹焊接试件抗拉拔力高于横纹焊接试件抗拉拔力。     

竹榫旋转焊接工艺参数及机理探究

[目的]木榫旋转焊接是木结构、家具中的一种新型绿色连接技术,国内外对于竹榫旋转焊接研究较少,其最佳焊接工艺参数未知,竹榫、木榫旋转焊接之间的差异也有待研究.[方法]使用毛竹榫旋转焊接云杉基材,通过测试焊接形成的连接节点的抗拉拔性能,探究竹榫旋转焊接较优的工艺参数.选取基材预钻孔与竹榫直径比值(孔径比)、竹榫转速、竹榫含...     

木材摩擦焊接技术的研究进展

木材摩擦焊接是一种具有发展前景的无胶胶合技术,为深化对木材焊接技术的认识,介绍了木材摩擦焊接技术的研究进展,探讨了焊接技术的发展方向。介绍了焊接原理、焊接效果、焊接影响因素及焊接性能改善的研究现状,讨论了摩擦焊接过程中温度与时间的函数模型,综述了焊接理论的有限元模型及焊接接头破坏机制的研究,结合木材焊接的特点及研究现状,提出了未来研究的设想。结果表明,除了木材种类、纹理方向、含水率及添加剂等共同影响因素外,对于不同的焊接方式,焊接效果的影响因素不尽相同,线性摩擦焊接的主要影响因素有施加压力、焊接频率和振幅、焊接时间、保压压力及保压时间等,旋转摩擦焊接的主要影响因素有木榫旋转速率、给进角度与速率、圆木榫直径与预留钻孔孔径的比值等。焊接界面的部分材料在水中会发生溶解,防水性能的缺陷限制了摩擦焊接技术在室外构件中的应用,焊接前的预处理能有效提高耐水性,部分添加剂的使用能起到改善焊接性能的作用。焊接传热模型有助于了解焊接过程发生的物理化学变化,有限元模型有助于从力学角度分析焊接构件的破坏机制。木材焊接技术可能向着结构构件工业化生产的方向发展,深入了解焊接构件的破坏机制、通过成熟工艺改善焊接效果、制造出便于工业化生产的焊接设备将会是未来研究的重点。     

落叶松为基材的木榫旋转焊接性能及机理研究

选取国产落叶松为木榫旋转焊接基材,对其抗拉拔性能及反应机理进行研究。通过对基材上不同预钻孔/木榫直径比抗拉拔试验,以及木榫直接敲入方式的抗拉拔的对比试验,研究了各因素对焊接性能的影响,并将其结果与欧洲云杉基材进行比较。通过FTIR对落叶松焊接基材情况下木榫及焊接界面进行了化学机理分析。结果表明,木榫旋转焊接落叶松基材的抗拉拔强度与弹性阶段刚度均明显高于欧洲云杉基材;不同预钻孔径对落叶松基材的抗拉拔强度影响不大,但对欧洲云杉影响较大;木榫旋转焊接能够极大提高木榫与基材连接节点的抗拉拔强度,其中落叶松基材提高了416%,而欧洲云杉仅提高了177%。FTIR表明木榫旋转焊接过程中纤维素、半纤维素、木质素发生热解与熔融,冷却后形成高强度的焊接界面。     

焊接时间和氯化铜处理对木榫焊接性能的影响机制

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用氯化铜浸渍桦木木榫,分析焊接时间和氯化铜处理对焊接性能的影响机制。结果表明:1)未处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件28.33%、87.12%;氯化铜浸渍处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件61.06%、130.49%;同样的焊接时间条件下,氯化铜浸渍处理试验组焊接时间3s比未处理试验组高68.28%,焊接时间5s高34.08%,焊接时间7s高36.62%。2)未处理试验组不同焊接时间界面最高温度和深度之间均符合线性关系,氯化铜浸渍处理试验组焊接界面最高温度低于未处理焊接界面。3)采用FTIR对未处理木榫与界面、氯化铜浸渍处理木榫与界面的对比分析,发现桦木圆棒榫在经过氯化铜浸渍处理后可能发生了半纤维素和纤维素的酸水解,半纤维素、无定型物质等在焊接过程中均发生了热解,同时有大量物质氧化形成C-O和C=O,随着焊接时间的延长,木材组分的热解程度增加。木榫旋转焊接的机理是焊接过程中半纤维素和无定型物质热解熔融并包覆纤维形成焊接界面层。氯化铜浸渍处理的增强机制为氯化铜浸渍处理可能引起半纤维素和纤维素的酸水解,促进焊接过程中木材组分的解聚、热解形成熔融物质。     

毛竹销（钉）的高速旋转摩擦焊接性能研究

选取毛竹销钉替代木榫在1 500 r/min的情况下与榉木基材进行旋转摩擦焊接，对其抗拉强度和焊接机理进行研究。重点研究不同形状的预钻孔和不同榫径与孔径比值下的竹销钉焊接抗拉拔强度，并将其与木榫焊接和PVAc胶接的抗拉强度进行对比。结果表明:1）当采用恒定直径孔10/9、10/8、10/7、10/6 4种榫径/孔径比的焊接强度均高于PVAc胶接强度，但低于木荷榫和榉木榫的焊接强度，其中10/8的榫径/孔径比的焊接强度相对最高，达到了5.54 MPa；2）当采用渐变直径孔，竹销钉的焊接强度得到明显提高。其中10/8-6的榫径/渐变孔径比值取得了最高的焊接强度，达到6.42 MPa，比10/8比值的强度提高了15.6%，超过了木荷榫的焊接强度，但不及榉木榫的焊接强度；通过对竹销钉的焊接界面温度进行监测，发现焊接界面能在2 s内达到300℃以上的峰值高温，且维持了一定的高温时间（通常约2～3 s），随后随着竹销停止旋转摩擦，温度逐步下降；不同的榫径与孔径比值下，焊接界面的升温速率、峰值温度和高温持续的时间不同，它们是产生强度差异的主要原因；SEM观察结果显示，竹销旋转摩擦焊接界面由竹销或基材中的胞间层物质软化、熔化和流动并与作为增强材料的竹纤维包裹，形成了犹如“钢筋水泥土”结构般的致密、连续和坚固的焊接界面；FTIR分析结果表明，摩擦产生的高温会导致竹销中半纤维素发生一定程度的降解，纤维素的降级十分有限，木质素发生一定程度的缩合反应，木质素的含量相对提高。试验结果表明，将竹销钉代替木榫用于木材的旋转摩擦焊接是可行的。     

CuCl_2处理对木榫焊接性能的影响

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用CuCl_2浸渍桦木木榫,分析浸渍处理对焊接性能。结果表明,1)CuCl_2处理组试件和未处理组试件平均抗拉拔力分别为4 988N和4 027N,说明浸渍木榫能够有效提高焊接试件抗拉拔力;2)对木质素等熔融物质在焊接界面的分布情况进行观测分析,发现在CuCl_2处理试件界面分布较均匀,而在未处理试件界面有熔融物质缺失和富积区域;3)采用FTIR对未处理木榫与界面、CuCl_2处理木榫与界面的对比分析,发现木质素、半纤维素等在焊接过程中均发生了热解,CuCl_2处理试件的木质素芳香环发生了少量热解,而未处理试件木质素侧链发生热解后,芳香环相对比较稳定并通过-CH_2-发生了单元间缩合;4)CuCl_2处理和焊接过程均能提升相对结晶度,未处理木榫相对结晶度为19.2%,CuCl_2处理木榫、未处理界面和CuCl_2处理界面的相对结晶度分别高于未处理木榫12.5%、75%和51%。     

热处理过程中桉木水溶性抽提物迁移对材色的影响

为探讨桉木水溶性抽提物组分在热处理过程中迁移对材色的影响,对桉木弦切板试件进行热水抽提去除水溶性抽提物;然后在不同的温度和时间条件下,对去除水溶性抽提物的桉木试件进行抽提物迁移实验,分析不同时间和温度下抽提物在木材径向的迁移距离及迁移量,以及水溶性抽提物迁移对木材颜色的影响。研究表明:温度越高,抽提物迁移的速度越快;抽提物的迁移距离随时间延长而增加,在100℃,加热4 h时达到最大值51mm。抽提物分子极性不同,与木材其它组分的吸附性能各异,在80℃下抽提物在木材中随水分的迁移比较均匀。抽提物在木材内的吸附随时间的延长趋于稳定状态。随着水溶性抽提物的迁移,木材的颜色加深,促进了木材纹理间颜色趋于均匀。     

热处理过程中桉木水溶性抽提物迁移对材色的影响1）

为探讨桉木水溶性抽提物组分在热处理过程中迁移对材色的影响,对桉木弦切板试件进行热水抽提去除水溶性抽提物;然后在不同的温度和时间条件下,对去除水溶性抽提物的桉木试件进行抽提物迁移实验,分析不同时间和温度下抽提物在木材径向的迁移距离及迁移量,以及水溶性抽提物迁移对木材颜色的影响。研究表明：温度越高,抽提物迁移的速度越快;抽提物的迁移距离随时间延长而增加,在100℃,加热4 h时达到最大值51 mm。抽提物分子极性不同,与木材其它组分的吸附性能各异,在80℃下抽提物在木材中随水分的迁移比较均匀。抽提物在木材内的吸附随时间的延长趋于稳定状态。随着水溶性抽提物的迁移,木材的颜色加深,促进了木材纹理间颜色趋于均匀。     

塑合木研究的新动态

就塑合木制备中有关树脂液、添加剂、木材尺寸稳定性的化学处理与塑合木结合、树脂液与木材细胞壁组分的键合以及塑合木材性的研究,综述了近年塑合木研究的新动态。     

高温热处理对马尾松木材机械加工性能的影响

以马尾松(Pinus massoniana Lamb.)素材(对照)及热处理材(处理温度分别为145、160、175℃)为研究对象,参照LY/T 2054—2012《锯材机械加工性能评价方法》对其机械加工性能进行评价,利用元素分析仪和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对其化学组成成分进行了定性分析,探索高温热处理对马尾松人工林木材机械加工性能的影响.结果表明,175℃以下热处理,对马尾松木材综合机械加工性能的影响不大;但对单项机械加工性能的影响各有不同,主要表现为:热处理后,马尾松木材的刨削、铣削性能得到提高,而砂削、钻削、车削、开榫性能则随着处理温度的升高表现出先降低后升高的规律.通过对热处理材化学组成成分的定性分析,发现在145～175℃的热处理过程中,木材组分中的羟基数量减少,半纤维素部分降解,结晶度增加,且木材中C元素质量分数呈增加趋势,而H、O元素质量分数呈降低趋势.高温热处理会在一定程度上改变马尾松木材的机械加工性能,影响到其后续加工利用.     

基于BP神经网络的木材近红外光谱树种识别

利用木材近红外光谱数据建立反向传播(BP)神经网络模型,实现对木材树种的分类识别。以桉木、杨树、落叶松、马尾松、樟子松5个树种的296个样本的近红外光谱数据为研究对象,运用主成分分析对光谱数据进行降维,并以处理后的主成分数据作为分类模型的输入变量,分别建立了不同属的桉树和杨树以及同属的落叶松和樟子松的BP神经网络二分类模型;建立了桉木、杨树、落叶松、马尾松、樟子松5个树种的BP神经网络识别模型,并利用遗传算法和粒子群算法对5树种分类模型进行优化。结果显示,对于不同属木材,BP神经网络模型树种识别率可达100%,对于同属木材树种识别率也可达85%以上;对所建立的5树种识别模型,BP神经网络树种识别率有所下降,但正确识别率也均可达到75%以上,经过遗传算法和粒子群算法对模型的优化,木材树种平均识别率可分别达到84%和87%以上,表明遗传算法和粒子群算法可以有效提高木材树种识别率。     

短齿榫铣刀齿形参数优化试验

用9组不同齿形参数的短齿榫铣刀,对落叶松指接材进行了正交试验,确定了最优短齿榫铣刀的齿形参数,并给出了其精度范围。这种短齿榫铣刀的推广和应用能节约木材、减少动力消耗。验证试验中测定了5个树种,脲醛树脂胶指接材的静曲强度、弹性模量、顺纹抗拉及抗压强度和冲击韧性。结果表明,各项指标均能满足实际使用要求。     

桉树木材渗透性的影响因子及其改善方法的研究进展

概述了木材渗透性的影响因子(木材结构、流体性能、木材抽提物、含水率和浸注工艺),总结了近年来国内外学者采用化学、物理及生物处理改善桉木渗透性的相关研究,分析桉木浸注改性技术研究中存在的问题,提出了发展思路,以期为桉木浸注改性处理技术的后续研究和工业化应用提供参考依据。     

木材界面液化的自胶合工艺参数对胶合性能的影响

针对木材的自胶合,引入溶剂催化液化法,以杨木和桉木单板为原料,进行了界面液化自胶合试验。分析了液化剂种类(苯酚、丙三醇)、涂布量(150、300、450 g/m2)、热压温度(125、150、175℃)、热压时间(10、15、20min)和树种(杨木、桉木)5个因子对胶合剪切强度的影响。结果表明:利用液化方法在木材表面构造黏稠过渡层以取代木材界面,实现木材的自胶合在技术上完全可行;单板树种对液化胶合性能有明显影响,在试验的工艺条件下,桉木的胶合性能优于杨木;丙三醇液化胶合性能高于苯酚;热压温度和时间对苯酚液化胶合性能的影响不明显,而对丙三醇影响明显。建议就木材界面液化自胶合的机理开展进一步深入研究。     

自攻螺钉与榫卯连接CLT墙体节点力学性能研究

目的正交胶合木（CLT）的出现使木结构建筑突破了以往的层高限制,但现在采用的金属连接件连接方式降低了CLT材料的使用效率,浪费了CLT材料的力学性能优势。因此,连接节点成为CLT研究的关键性问题。对榫卯连接在CLT墙体?墙体处的节点应用进行抗剪性能研究,并与自攻螺钉的连接性能相比较,以探究榫卯连接节点在CLT建筑中的应用提供科学依据。方法分别对自攻螺钉与燕尾榫连接的两类CLT墙体节点H型试件进行单调与低周反复加载试验,得到试件在纯剪作用下的荷载?位移曲线、滞回曲线、骨架曲线等参数,并结合破坏现象比较分析了两类试件的初始刚度、最大承载力、耗能、刚度退化、强度退化等力学特性。结果钉节点一般先于CLT材料破坏,并损坏连接处木材,而燕尾榫节点后于CLT材料发生破坏;在单调加载试验中,燕尾榫节点的延性略低于钉节点,但最大承载力、极限位移、屈服荷载、屈服位移与耗能分别高出钉节点313.50%、35.38%、370.80%、92.76%、459.64%;在低周反复加载试验中,钉节点延性较差,燕尾榫节点延性相对较好,燕尾榫正向加载的最大承载力高出钉节点455.54%,负向加载的最大承载力高出钉节点234.74%,且燕尾榫节点维持刚度和强度的能力,以及耗能能力均优于钉节点。结论与钉节点相比,燕尾榫节点可以更大地发挥CLT材料的优点,以推动CLT建筑的工程应用。      

木材—水泥混合物水化特性的研究

本文论述福建省主要树种:杉木、马尾松、石栎、青岗栎、栲木和荷木与水泥及水混合时的水化反应特性,以及添加剂和木材热水处理对木材—水泥混合物水化特性的影响。     

曲波域木材纹理特征提取及分类算法研究

提出了一种基于离散曲波变换的木材纹理识别算法。对于待分类纹理图像进行基于USFFT的曲波域分解,在不同子层的曲波域系数中选择典型矩参数构成特征向量,并利用Brodatz纹理图像数据库以及自建的木材纹理图像库进行了仿真实验,实验结果证实了所提算法的有效性。     

基于树种分类的高分辨率遥感数据纹理特征分析

遥感图像尤其是高分辨率（1~4 m）遥感图像在树种分类方面有着广阔的应用前景。利用主成分分析法对遥感数据去相关分析,然后通过对纹理提取过程的分析,探讨不同移动窗口大小对纹理特征的影响,以期为中山陵园风景区的森林调查提供依据,分类方法为经典的最大似然分类器。根据不同移动窗口大小的纹理因子相关性和对保持纹理信息丰富度的影响,来选择合适的窗口大小及纹理因子组合,以对树种分类精度的提高程度为评价标准。研究结果表明,利用窗口大小为19 19下的纹理信息可有效提高分类精度,总精度达到66%,Kappa系数达到0.59,比单纯的光谱信息最大似然法图像分类精度高,其中均值与均匀性、对比度、偏斜度纹理因子组合为最佳纹理组合,能有效减少数据冗余。高分辨率遥感数据纹理信息的运用为树种分类识别时的特征选择提供了有利技术参考。图4表3参19     

热处理木材的材性预测与质量控制研究现状与发展

木材热处理技术作为一种绿色、环境友好的木材物理改性方法，不仅能够提高木材尺寸稳定性和生物耐久性，同时能有效改善木材材色，因此被广泛应用于人工林速生材的功能性改良。讨论了基于热处理技术研究的部分代表性成果，总结了当前木材热处理的主要工艺，并对未来研究提出了展望。目前木材热处理的研究主要集中于:①高温热处理对木材尺寸稳定性、材色和结晶性等性能的影响机理；②高温环境对木材主要化学组分的含量及抽提物挥发和裂解过程的影响；③木质素中酚羟基和表面自由基数量变化和反应活性研究；④热处理对木材渗透性、漆膜附着力和耐久性等的影响。在此基础上，进一步分析了热处理前后木材特征性能(质量或表面色度指数)变化与热处理强度的相关关系。其中质量损失率、处理材色差及氧碳元素比等木材本身特征参数是预测处理材材性的重要参数。未来木材热处理研究应集中于细胞水平的微观力学性能变化与宏观力学性能的影响，降低木材热处理工艺能耗水平的催化剂开发。结合热处理木材主元素含量或比例、表面材色等特性快速高精度预测其生物耐久性、环境学特性和力学特性等。另一方面，根据使用环境和要求，利用预测模型确定热处理的主要工艺参数，为后续研究提供借鉴和参考。参48