李大纲
摘 要：木材干燥应力是木材产生开裂、翘曲和皱缩的主要因素，研究木材干燥应力是探索木材干燥机理、制定合理木材干燥工艺、保证干燥质量的重要参数和依据。本文综述了国内外木材干燥应力研究现状、测试方法及发展方向。
关键词：木材干燥 干燥应力 测定
1 木材干燥应力的研究背景
木材干燥应力是探索木材干燥机理，制定合理木材干燥工艺基准，保证干燥质量的重要参数和依据。因此木材干燥应力的研究是木材干燥工作中的重大课题之一，在木材干燥工作中占有重要地位。自30年代以来，国内外许多学者致力于这一课题的研究，至今人们对木材干燥应力的广泛研究，出现了不少关于木材干燥应力的理论和测试方法。木材干燥应力是造成木材开裂翘曲和皱缩的主要原因，通过对干燥应力的研究不但能进一步揭示木材干燥中的物理本质，丰富木材干燥理论，而且可为制定木材干燥基准，制定消除木材干燥应力的技术措施提供依据。
我们知道，木材干燥过程中存在含水率干燥应力，干燥结束后存在残余干燥应力。应力产生的原因是由于干燥中的含水率梯度和木材的各向异性引起的，因此在讨论木材含水率时应同时分析木材应力的变化。
2 国外关于木材干燥应力的研究现状
木材干燥应力是产生木材干燥缺陷的主要因素，因此成为研究和制定木材干燥工艺基准一个主要参数和依据。自三十年代以来，国内外许多学者致力于这一课题的研究，使得木材干燥应力的理论和方法不断完善和发展。Tokumoto Morihiko（1989）在对山毛榉干燥中的表面硬化和残余变形进行研究后指出，在干燥初期木材表层处于拉伸变形状态，内层处于压缩变形状态；并用小样试验进行了拉伸蠕变与干燥速度的相关分析。西尾茂（1981）提出用瓦弯法测定木材干燥应力方法。Nobuo Sobue（1985）用小样拉伸断裂试验方法研究了干燥中木材断裂韧性系数后认为，随着干燥的进行，下降，下降的原因是在干燥中试件表面附近产生干燥应力使靠裂纹部分的应力集中增大。Takanori Arima（1979）对木材进行小样拉伸和弯曲蠕变试验后，指出干燥过程中的蠕变比水分平衡时蠕变大，干燥温度和干燥速度对蠕变影响大，蠕变的大部分为残余变形。Shuichi Kawai（1979）用数值方法研究了含水率梯度与形成干燥应力的关系后，指出干燥应力的大小取决于干燥期间表面含水率梯度对干燥全过程干燥应力的影响。Tang（1975）根据木材收缩各向异性的原理，指出了弦高法（瓦弯法）测定木材干燥的数学模型。Zuoxin Wang（1994）在利用木材收缩各向异性原理的基础上采用单边涂层迫使木材产生弯曲的方法研究了预蒸对干燥应力的影响。Salin（1994）提出了分析机械吸附蠕变的新模型，并提出在研究干燥应力时应将机械吸附蠕变考虑到模型中。Moren（1993）对Scots松进行了木材表面3mm的厚薄片应变分析，结果表明，表面薄层分析技术可以成功地分析横纹干燥应力，也表明机械吸附是引起表面硬化的主要原因。纯粘弹性蠕变对板子外层总蠕变的影响不重要，木材的热湿空气中干燥会产生表面硬化，是由于在干燥初期木材表层产生拉伸变形。干燥过程中表现出来的蠕变与温度水平，应力和含水率变化有关，这种与水分吸附有关的蠕变现象，称为机械吸附蠕变。Rice（1990）对红栎干燥早期弹性变形，机械吸附蠕变和粘弹性蠕变变形与含水率和应力水平的关系进行研究后，认为弹性蠕变和粘弹性蠕变很小并且是载荷的函数，机械吸附蠕变是弹性蠕变和粘弹性蠕变的20倍。蠕变的大小是含水率的线性函数，并随含水率增加而减少。
3 国内外关于木材干燥应力的研究现状
李维拮（1983）在木材弹性分析的基础上，应用热弹性理论指导了干燥应力结构方程和平面应力问题的有限元计算公式，采用切片法测定了木材的弹性应力，分析干燥初期木材内部的应力和变形后认为，木材在干燥初期主要表现为线弹性材料，在干燥初期是木材发生开裂的危险期，而在这一期间木材表现出弹性体。到干燥中期，木材内部的粘性流动已成为变形的主要形式，木材表现为粘弹性材料。周宝华（1982）按照前苏联学者乌戈列夫的试验方法，根据在弹性范围内，木材的应力与应变成正比的原理，对红松、水曲柳、落叶松和色木等木材进行了木材在干燥过程中和终了处理过程中全应力及窑干后剩余应力的定量研究，初步探索出木材在窑干过程中内应力发展和变化的规律。刘应安（1991）提出用圆弧法测定木材的干燥应力，通过测定切片的外层弦长和厚度来计算木材的弹性干燥应力。廖元强（1991）提出用应力指数即试样弯曲变形量除以弦长测定干燥应力的方法，认为木材干燥过程中一旦外层含水率降到FSP以下，即横断面
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