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干燥過程中,不考慮木材干縮的各向異性,并假定僅在木材厚度上發(fā)生水分移動(dòng),則厚度上含水率分布、應(yīng)力與變形的變化可按四個(gè)階段分析:
a.干燥初始尚未產(chǎn)生應(yīng)力的階段。此階段中盡管表層含水率低,厚度上含水率分布不均,但都在纖維飽和點(diǎn)之上,不產(chǎn)生干縮,因而不產(chǎn)生應(yīng)力。
b.干燥初期,應(yīng)力外拉內(nèi)壓階段。干燥過程開始后,木材表面自由水先蒸發(fā),經(jīng)過一段較短時(shí)間(取決于干燥介質(zhì)的溫度和相對(duì)濕度)后,表層含水率降到纖維飽和點(diǎn)之下,斷面上含水率梯度增大、且出現(xiàn)“濕線”,“濕線”以外區(qū)域降到纖維飽和點(diǎn)以下,以內(nèi)區(qū)域仍高于纖維飽和點(diǎn)。隨著干燥的進(jìn)行,“濕線”不斷向內(nèi)移動(dòng)。
木材表層因含水率在纖維飽和點(diǎn)以下,所以要產(chǎn)生干縮,但內(nèi)部各層含水率高于纖維飽和點(diǎn)、尺寸不變,因而牽制表層的干縮,故表層因該牽制受拉應(yīng)力,內(nèi)部則同時(shí)受壓應(yīng)力。又因?yàn)楦稍锍跗谀静臋M斷面上,含水率降到纖維飽和點(diǎn)以下的區(qū)域較薄,相應(yīng)受拉應(yīng)力的區(qū)域較小,而受壓應(yīng)力的區(qū)域較大,且總拉力與總壓力相平衡,所以,內(nèi)部單位面積上的壓應(yīng)力較小,而表層單位面積上的拉應(yīng)力相當(dāng)大,且很快發(fā)展、達(dá)到較大拉應(yīng)力,當(dāng)該應(yīng)力大于表層抗拉強(qiáng)度極限時(shí),即產(chǎn)生裂紋。這也是干燥初期易產(chǎn)生表裂的主要原因。
由于木材是彈性-塑性體,當(dāng)表層拉應(yīng)力超過其比例極限時(shí),就會(huì)產(chǎn)生塑性變形,或拉應(yīng)力雖沒超過比例極限,但受力時(shí)間長會(huì)產(chǎn)生蠕變,從而產(chǎn)生塑化固定。
隨著干燥過程的進(jìn)行,“濕線”不斷內(nèi)移,即表層以內(nèi)的一些區(qū)域也逐漸降到纖維飽和點(diǎn)之下,受拉應(yīng)力的區(qū)域逐漸擴(kuò)大,而內(nèi)部在纖維飽和點(diǎn)以上的受壓應(yīng)力作用的區(qū)域則逐漸減小。因此,表層單位面積上的拉應(yīng)力逐漸減小,而內(nèi)部單位面積上的壓應(yīng)力逐漸增大,并達(dá)到較大值,但內(nèi)層壓應(yīng)力發(fā)展較慢。
c.干燥中期,內(nèi)外應(yīng)力暫時(shí)平衡階段。該階段表層由于嚴(yán)重的拉伸塑化固定,產(chǎn)生受限干縮,表層的梳齒長度比自由干縮應(yīng)該達(dá)到的尺寸長。由于其屬自由干縮或因壓縮塑性變形而使其尺寸逐漸接近并暫時(shí)等于外層尺寸,這時(shí)木材中的內(nèi)外層的應(yīng)力暫時(shí)平衡。