基于细观力学的木材干燥应力演变机制研究∗

郝晓峰 徐 康 李贤军 乔建政 吴义强

（中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

我国是全球第一大木材进口国、木制品出口国，木材工业在我国国民经济建设中发挥着重要作用。干燥是木材加工的关键工序，我国每年约有1.8亿m3木材需要进行干燥处理[1-2]。锯材干燥质量的优劣是决定木制品制造企业生产成本及产品附加值的关键因素[3]。因此，木材干燥一直都是企业界和木材科研工作者研究的重点方向[4]。

传统木材干燥研究一直将木材视为匀质的各向异性材料[5-8]，研究了木材在干燥过程中因水分梯度引起非均匀收缩产生的干燥应力[9]、在干燥应力作用下产生的弹性变形[10-11]、黏弹性变形[12-17]及机械吸附变形[18-20]。当干燥应力超过该温度及含水率状态下木材临界损伤强度时，木材便会发生破坏，通过理论计算的损伤位置基本出现在含水率梯度大区域。然而，在木材实际干燥过程中，开裂多发生在生长轮界、木射线及薄壁组织等处，且这些位置不一定在含水率梯度最大区域，从而造成理论模型预测的干燥应力与实际情况存在一定差异。其主要原因在于，以往研究将木材视为匀质材料，并未考虑木材管胞、导管、木射线及薄壁组织等微观构造对木材干燥应力形成与演变的影响机制，难以精准定位木材干燥损伤位置。因此，针对该方面的研究还需要进一步加强。

本文主要基于复合材料细观力学理论，将木材细胞大致分为厚壁细胞与薄壁细胞两类，从木材微观构造的角度构建了木材干燥破坏力学模型，系统研究薄壁细胞与厚壁细胞力学性能比及二者相对体积含量对木材干燥应力的影响。……