Закономірності розвитку внутрішніх напружень при сушінні деревини як анізотропного тіла - Автореферат

Визначення величини внутрішніх напружень в процесі сушіння деревини є складовою частиною актуальної проблеми дослідження напружено-деформівного стану в матеріалах і конструкціях, що виникають через температурно-вологісні зміни їх розмірів. Однією з найбільш важливих задач в технології сушіння деревини, від розвязання якої залежать можливості інтенсифікації процесу, підвищення якості висушуваного матеріалу та запобігання його руйнуванню є організація ефективної системи контролю за напруженнями, що виникають. Використовувані на практиці методи випилювання силових і вологісних секцій не дають можливості визначити справжні модульні значення величин внутрішніх напружень, оскільки порушують цілісність матеріалу, руйнують реальну картину розподілу напружень в процесі сушіння і, як наслідок, призводять до перевитрат сировини. У звязку з цим виникає потреба побудови математичної моделі процесу сушіння, котра би з певним рівнем адекватності відображала складний природний процес динаміки зміни вологості та розвитку внутрішніх напружень в процесі сушіння деревини. Відповідно до поставленої мети вирішувались такі задачі: побудова математичної моделі початкового розподілу і зміни вологості матеріалу та розвитку внутрішніх напружень в процесі сушіння деревини твердих листяних порід (бук, дуб);Однак сушіння можна організувати так, щоб при достатній інтенсивності процесу зменшити внутрішні напруження, які є наслідком вологісних і залишкових деформацій, шляхом проведення вологообробок. Визначено природу виникнення і розвитку внутрішніх напружень при сушінні деревини та обгрунтовано використання числових (різницевих) методів, на базі яких можлива реалізація математичної моделі зміни вологості та розвитку внутрішніх напружень при сушінні деревини твердих листяних порід як анізотропного тіла, що дає можливість теоретично обгрунтувати зміни параметрів конвективного сушіння. У другому розділі прийнята система початкових допущень, на підставі основного закону вологопровідності визначена крайова задача, тобто сформульовано рівняння вологопереносу для пиломатеріалів (заготовок) прямокутної форми, визначено умови тепломасообміну між поверхнею матеріалу і агентом сушіння, встановлено умови розподілу вологи в середині бруска у початковий момент часу та умови симетрії. значення коефіцієнтів вологопровідності у напрямку Х (по товщині) та Y (по ширині) бруска, м2/с; х, y - поточні координати по осі Ох (товщині) та Оу (ширині) бруска, м (знаходяться в межах , R1 - половина товщини бруска в напрямку осі Ох, R2 - половина ширини бруска в напрямку осі Оу). Для розвязання диференційного рівняння (1) необхідно сформулювати умови тепломасообміну між поверхнею матеріалу і агентом сушіння (граничні умови), умови розподілу вологи всередині бруска на початку сушіння (початкові умови), а також, з врахуванням форми бруска, встановити умови симетрії.Визначення величини внутрішніх напружень в процесі сушіння деревини є складовою частиною актуальної проблеми дослідження напружено-деформівного стану в матеріалах і конструкціях, що виникають через температурно-вологісні зміни їх розмірів. Вперше сформульовано на основі експериментальних досліджень пошарової вологості аналітичну залежність (рівняння параболоїда) початкового розподілу вологості від координат у бруску деревини (бук, дуб), яка дозволяє визначити вологість в будь-якій точці зразка W(x, y, t)t=0 за даними вологості поверхневих (Wп) та центральних шарів (Wц). Побудована на основі рівняння вологопровідності математична модель (з певними допущеннями) розподілу і зміни вологості в процесі сушіння та розвитку внутрішніх вологісних напружень на прикладі деревини твердих листяних порід (бук, дуб), яка включає такі величини: породу деревини, коефцієнт вологопровідності матеріалу (am), коефіцієнт сушіння матеріалу (К), товщину (R1) та ширина (R2) матеріалу, рівноважну вологість матеріалу (Wp), температуру агента сушіння (тс), початкове значення вологості на поверхні (Wп) та в центрі (Wц) матеріалу, вологість точки насичення волокна матеріалу (WT.H.), густину абсолютно сухого матеріалу (r0), модуль зсуву (G), модуль пружності (E) та коефіцієнти поперечної деформації Пуассона (м) конкретної породи деревини. Розроблений на основі запропонованої моделі та теорії різницевих схем алгоритм, розрахунку полів вологості і напружень дає можливість в будь-який момент часу процесу сушіння деревини встановити чисельні значення нормальних sx, sy та дотичних txy напружень і передати відповідну інформацію на мікропроцесор чи до оператора, які використовують отриману інформацію для керування процесом сушіння, тобто впливу через відповідні виконавчі механізми і робочі органи на параметри середовища (тс, j).

Основний зміст роботи

1. Визначення величини внутрішніх напружень в процесі сушіння деревини є складовою частиною актуальної проблеми дослідження напружено-деформівного стану в матеріалах і конструкціях, що виникають через температурно-вологісні зміни їх розмірів. Проведені раніше теоретичні та експериментальні дослідження з даної тематики не забезпечують своєчасного виявлення небезпечних напружень у висушуваних пиломатеріалах.

2. Вперше сформульовано на основі експериментальних досліджень пошарової вологості аналітичну залежність (рівняння параболоїда) початкового розподілу вологості від координат у бруску деревини (бук, дуб), яка дозволяє визначити вологість в будь-якій точці зразка W(x, y, t)t=0 за даними вологості поверхневих (Wп) та центральних шарів (Wц).

3. Уточнено експериментальні значення коефіцієнта всихання (тангентального - ky, радіального - kx, обємного - ko) для дуба: ky=0.268; kx=0.14; ko=0.413 та для бука: ky=0.372; kx=0.186; ko=0.564, котрі надають можливість дослідження лінійних поздовжніх радіальних (ex) та тангентальних (ey) деформацій при одноосьовому напруженому стані.

4. Побудована на основі рівняння вологопровідності математична модель (з певними допущеннями) розподілу і зміни вологості в процесі сушіння та розвитку внутрішніх вологісних напружень на прикладі деревини твердих листяних порід (бук, дуб), яка включає такі величини: породу деревини, коефцієнт волого-провідності матеріалу (am), коефіцієнт сушіння матеріалу (К), товщину (R1) та ширина (R2) матеріалу, рівноважну вологість матеріалу (Wp), температуру агента сушіння (тс), початкове значення вологості на поверхні (Wп) та в центрі (Wц) матеріалу, вологість точки насичення волокна матеріалу (WT.H.), густину абсолютно сухого матеріалу (r0), модуль зсуву (G), модуль пружності (E) та коефіцієнти поперечної деформації Пуассона (м) конкретної породи деревини.

5. Розроблений на основі запропонованої моделі та теорії різницевих схем алгоритм, розрахунку полів вологості і напружень дає можливість в будь-який момент часу процесу сушіння деревини встановити чисельні значення нормальних sx, sy та дотичних txy напружень і передати відповідну інформацію на мікропроцесор чи до оператора, які використовують отриману інформацію для керування процесом сушіння, тобто впливу через відповідні виконавчі механізми і робочі органи на параметри середовища (тс, j). Вперше запропоновано принцип побудови режимів сушіння, тобто зміни параметрів середовища, за величиною внутрішніх напружень.

6. Розроблено практичні рекомендації щодо розрахунку величини внутрішніх напружень в процесі сушіння деревини як двовимірного тіла через зміну параметрів середовища та зміну деформацій за величиною лінійного (в радіальному і тангентальному напрямку відносно волокон) всихання. Визначено доцільність застосування різних режимів сушіння твердих листяних порід (бук, дуб) за величиною внутрішніх вологісних напружень. Порівнюючи отримані результати з відомими даними границі міцності слід відзначити, що за величиною тангентальних напружень придатні для сушіння деревини тільки режими, які застосовує фірма "Hildebrand". Стандартні режими, які регламентовані державними стандартами (ГОСТ 19773-84) та керівними технічними матеріалами з технології камерного сушіння деревини, не дають належної якості сушіння тому, що напруження, які виникають в деревині.

7. Практична реалізація математичної моделі розвитку внутрішніх напружень для умов ВАТ "Меблевий комбінат "Стрий" дозволяє знизити технічний брак в процесі сушіння пиломатеріалів і заготовок твердих листяних порід на 5…12%, що дає змогу отримати економічний ефект 20…60 грн. на 1м3 висушуваного матеріалу від зниження собівартості процесу сушіння та збереження цілісності матеріалу.

1. Білей П.В., Басюк І.М., Зарева Ю.І., Кулешник Я.Ф. Сучасний стан техніки та технології сушіння пиломатеріалів// Науковий вісник. - Львів: УКРДЛТУ. - 1997, вип. 7. - С. 88-91.

2. Кулешник Я.Ф. Використання апарату різницевих методів для розвязування задач, повязаних з сушінням деревини// Науковий вісник. - Львів: УКРДЛТУ. - 1999, вип. 9.3. - С. 150-152.

3. Кулешник Я.Ф. К випросу о построении математической модели исследования напряжений, возникающих присушке древесины// Междун. науч.-техн. конф. "Лес - экология и ресурсы", 17-18 нояб. / Бел. гос. технол. ун-т. -1998. - С. 224- 228.

4. Білей П.В., Зарева Ю.І., Басюк І.М., Кравець І.П., Кулешник Я.Ф. Створення енергоощадної технології сушіння пиломатеріалів// Науковий вісник. - Львів: УКРДЛТУ. - 2000, вип. 9.11. - С. 189-191.

5. Bilej P., Kuleshnyk Y. Development of internal stresses in process of wood drying. - 11 Konferencja Naukova Wydzialu Technologii Drevna. SGGW. Drewno-Material Ekologiczny, Warszawa, 1997. - P. 335-336.

6. Білей П.В., Кулешник Я.Ф. Дослідження напружень, котрі виникают при сушінні деревини, що має форму бруска// Проблеми та перспективи розвитку технології деревообробки. (Матеріали 50-ї науково-технічної конференції викладачів, аспірантів та співробітників факультету технології деревообробки УКРДЛТУ). - Львів: УКРДЛТУ. -1998. - С.41-42.

7. Кулешник Я.Ф., Ганцюк В.М. Дослідження повних поверхневих напружень, що виникають при сушінні букових заготовок// Науковий вісник. - Львів: УКРДЛТУ. - 2000, вип. 9.13. - С. 75-78.

Размещено на .ru