Ідентифікація напружено-деформівного стану деревини із змінним вологовмістом - Автореферат

Для вдосконалення існуючих методик визначення та контролю за поточним напружено-деформівним станом деревини у процесі зміни вологи необхідно враховувати її реальну поведінку у нестаціонарних температурно-вологісних полях. Дисертаційна робота виконувалася у рамках науково-дослідних робіт УКРДЛТУ: №0195 U015902 (1995-1997рр.)“Розробка і створення нових класів деревинних і композитних матеріалів на основі автоматизованих енерго-ощадних технологій”, (розроблено алгоритми розрахунку напружено-деформівного стану матеріалів); Ідентифікація та прогнозування напружено-деформівного стану деревини з врахуванням її вязкопружних властивостей та розробка методики контролю напружень матеріалу у процесі сушіння. розроблено методи та алгоритми розрахунку вологісних, залишкових і повних напружень у деревині з врахуванням її вязкопружних властивостей залежно від параметрів оточуючого середовища; виявлено вплив температурно-вологісного поля матеріалу на динаміку напружено-деформівного стану та запропоновано новий спосіб неруйнівного контролю вологісних і залишкових напружень у висушуваній деревині.У першому розділі проаналізовано сучасні досягнення в області моделювання і контролю напружено-деформівного стану у висушуваних пиломатеріалах та досліджень вязкопружних властивостей деревини. Це дозволило наглядно показати, що виявлена у роботах Белянкіна Ф.П., Уголєва Б.Н., Лєонтьєва Н.Л., Білея П.В. та інших дослідників залежність миттєвого модуля пружності деревини від вологості є однією з основних причин наявності залишкових напружень у висушуваних пиломатеріалах. На основі узагальнення існуючих підходів моделювання напружень у пружній області деформування деревини під дією нерівномірно розподілених в її обємі температурно-вологісних полів та аналізу результатів досліджень вязкопружних властивостей деревини обгрунтовано синтез нової фізико-математичної моделі визначення напружено-деформівного стану пиломатеріалів із змінним вологовмістом. На основі рівнянь Вольтери-Больцмана і законів усадки синтезовано фізико-математичну модель звязку напружено-деформівного і вологісного станів деревини, яку представлено у вигляді системи рівнянь: (3) де f(t,y)=E(t,y)b(t,y)/(1 b(t,y))U0; y - координати точок відносно центральної площини дошки; U0-початковий вологовміст матеріалу; E(t,y), b(t,y), R(t-t*,y)-фізико-механічні характеристики деревини (модуль пружності, коефіцієнт всихання, ядро релаксації); U(t,y), Ucep(t) - характеристики вологісного стану деревини (функція розподілу вологовмісту за товщиною дошки і середній вологовміст); sв(t,y), sз(t,y), s(t,y) - відповідно вологісні, залишкові і повні напруження. На основі аналізу рівнянь (3) встановлено: 1) значення величини вологісних напружень sв(t,y) на момент часу є прямопропорційними різниці локального U(t,y) і середнього Ucep(t) вологовмістів і не залежать від вологісного стану матеріалу на попередніх етапах процесу зміни вологи; 2) залишкові напруження sз(t,y) визначаються динамікою вологісного стану (U(t,y) і Ucep(t)) висушуваного матеріалу, тобто залежать від “історії” розвитку процесу.На основі аналізу літературних джерел встановлено, що на сьогоднішній день залишаються не вирішеними задачі своєчасного виявлення небезпечних напружень у вязкопружній області деформування деревини під дією нерівномірно розподілених в її обємі температурно-вологісних полів. На основі аналізу рівнянь Вольтери-Больцмана і фізичних законів про усадку капілярно-пористих тіл синтезовано нову фізико-математичну модель визначення напружено-деформівного стану деревини із змінним вологовмістом. Згідно якої вологісні напруження у будь-якій точці матеріалу є прямопропорційними різниці локального U(t,y) і середнього Ucep(t) вологовмістів. Розроблено методику розрахунку напружено-деформівного стану деревини, яка дозволяє у будь-якій точці матеріалу і для будь-якого моменту часу зміни вологи розрахувати значення величин вологісних, залишкових і повних напружень. Проведено чисельний експеримент для виявлення особливостей розвитку вологісних, залишкових і повних напружень у деревині із змінним вологовмістом залежно від параметрів оточуючого середовища, фізико-механічних характеристик і розмірів матеріалу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. На основі аналізу літературних джерел встановлено, що на сьогоднішній день залишаються не вирішеними задачі своєчасного виявлення небезпечних напружень у вязкопружній області деформування деревини під дією нерівномірно розподілених в її обємі температурно-вологісних полів.

2. На основі аналізу рівнянь Вольтери-Больцмана і фізичних законів про усадку капілярно-пористих тіл синтезовано нову фізико-математичну модель визначення напружено-деформівного стану деревини із змінним вологовмістом. Згідно якої вологісні напруження у будь-якій точці матеріалу є прямопропорційними різниці локального U(t,y) і середнього Ucep(t) вологовмістів. Залишкові напруження визначаються динамікою різниці вологовмістів U(t,y) і Ucep(t).

3. Експериментально підтверджено, що реологічна поведінка деревини у вязкопружній області деформування описується рівняннями Вольтери-Больцмана. На основі експериментальних досліджень та інтерполяційних методів обробки даних запропоновано ядра повзучості і релаксації для сосни і ялини.

4. Розроблено методику розрахунку напружено-деформівного стану деревини, яка дозволяє у будь-якій точці матеріалу і для будь-якого моменту часу зміни вологи розрахувати значення величин вологісних, залишкових і повних напружень.

5. Проведено чисельний експеримент для виявлення особливостей розвитку вологісних, залишкових і повних напружень у деревині із змінним вологовмістом залежно від параметрів оточуючого середовища, фізико-механічних характеристик і розмірів матеріалу.

6. Встановлено, що однією з основних причин виникнення і розвитку залишкових напружень у вязкопружній області деформування деревини в умовах тепломасообміну з навколишнім середовищем є нерівномірний розподіл деформацій повзучості за товщиною матеріалу, розвиток яких зумовлений дією вологісних напружень. Підтверджено, що джерелом вологісного поля напружень є нерівномірний розподіл вологісних деформацій, зумовлений усадними властивостями деревини і перепадом вологи між поверхнею і центральним шаром.

7. Для забезпечення гарантованої якості висушуваного матеріалу деревини необхідно здійснювати поточний контроль за ростом вологісних напружень на його поверхні у період нерегулярного режиму зміни вологи, а на етапі регулярного режиму контролювати ріст залишкових напружень у центральному шарі.

8. Запропоновано новий спосіб неруйнівного контролю поточного напружено-деформівного стану пиломатеріалів у процесі сушіння. Суть якого полягає у неперервному вимірюванні різниці локального U(t,y) і середнього Ucep(t) вологовмістів на поверхні та у центральному шарі матеріалу та подальшому визначенні на основі синтезованої фізико-математичної моделі вологісних, залишкових і повних напружень.

9. Розроблено практичні рекомендації застосування запропонованого способу контролю (експериментальне визначення вязкопружних характеристик і вологісного стану дошки штабеля з мінімальним миттєвим модулем пружності, а також алгоритм розрахунку вологісних, залишкових і повних напружень на поверхні та у центральному шарі пиломатеріалу) апробовано і впроваджено на ВАТ “Добромильський ДОК”. Це дозволило зменшити брак висушуваної продукції на 7-10% за рахунок своєчасного виявлення небезпечних напружень.

1. Поберейко Б.П. Узагальнення феноменологічних моделей реологічної поведінки деревини // Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м.Львів. УКРДЛТУ - 1998. - вип.8.1. - С.223-230.

2. Поберейко Б.П. До визначення зміни деформацій в деревині// Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м.Львів, УКРДЛТУ - 1997 - вип.6. - С.55-57.

3. Поберейко Б.П. Методика визначення параметрів кривих повзучості деревини // Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м. Львів, УКРДЛТУ -

1998 - вип.8.1. - С.232-236.

4. Соколовский Я.И., Поберейко Б.П. Расчет нестационарних напряжений в древесине при воздействии влаги // Известия высших заведений России / Лесной журнал. - 2000. - №1. - с.99-105.

5. Соколовський Я.І., Поберейко Б.П. Визначення напружень у деревині в процесі сушіння // Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м. Львів, УКРДЛТУ - 1997 - вип.7. - С.121-126.

6. Соколовський Я.І., Поберейко Б.П. Дослідження вологісних і залишкових напружень деревини у процесі сушіння // Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м.Львів, УКРДЛТУ - 1998 - вип.8.1. - С.196-207.

7. Соколовський Я.І., Поберейко Б.П. Експериментальні дослідження реологічних властивостей деревини впоперек волокон // Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м.Львів, УКРДЛТУ - 1997 - вип.6. - С.148-151.

8. Сафаров В.О., Книш Ю.В., Поберейко Б.П. Доповнення І-d діаграми термодинамічними параметрами вологого повітря // Науковий вісник. Зб.наук.-техн.пр. - м.Львів, УКРДЛТУ - 1997 - вип.6. - С.156-158. (визначено коефіцієнт вологопровідності).

9. Соколовський Я.І., Гірник М.Л., Шикеринець І.М., Поберейко Б.П. Механічні властивості деревинних композитних матеріалів // Препр. №95.8 - УКРДЛТУ, 1996. - 53с. (розрахунок міцності пиломатеріалів).

10. Соколовский Я.И., Поберейко Б.П. Экспериментальные исследования реологических свойств древесины и древесных композитов Мат. міжн. конф. “Pokroky vo vyrobe a pouziti leppidel v drevopriemysle”, Словаччина, 3-5 вересня 1997р. стор.85-94.

11. Соколовский Я.И., Поберейко Б.П. Разчет влажностните напряжения в дрьвесинате. Сборник научны доклады - мехатехнология на дрьвесинате. Мат. міжн. конф., Болгария, 1997р. стор.55-61. (розрахунок вологісних напружень).

12. Соколовський Я.І., Поберейко Б.П. Деформаційно-релаксаційні процеси в технічних задачах механіки деревинних композитних матеріалів, Мат. міжн. наук.-практ. конф. “Проблеми автоматизації лісопромислового комплексу” - УКРДЛТУ, Львів, 27-28 травня 1996р. стор.65-70.

13. Пат.23817А Україна, МКИ G01N21/00. Спосіб неруйнівного контролю напружено-деформівного стану деревини та деревинних листових матеріалів при сушінні / Озарків І.М., Соколовський Я.І., Бехта П.А., Озарків С.І., Поберейко Б.П. (Україна) - N97031299; Заявл. 21.03.97; Опубл. 16.06.98.

14. Пат. 24346А Україна, МКИ G01N29/00 Спосіб неруйнівного контролю вологості в процесі сушіння / Соколовський Я.І., Сафаров В.О., Поберейко Б.П., Філінюк Р.В., Книш Ю.В., Гнатишин Я.М., Гербей В.Н., Воронов В.Г., Качанов П.О., Ільницький І.М. (Україна) N97031301; Заявл. 21.03.97; Опубл. 17.07.98.