木材密度以及相关特性

木材密度以及相关特性摘要就木材的密度对木材的意义、密度的测量、木材密度与削切力、密度变异规律以及密度对声学特性的影响，主要对其研究方法和结论的探讨。关键词木材密度削切力变异规律声学特性1前言木材的密度与其物理特性紧紧相关，因此木材密度对研究木材的各项物理特性有着至关重要的关系，特别是木材径向密度的研究，越来越受到人们的关注。主要原因有三点：（1）木材的密度与物理性质有密切的关系，均匀密度相同的两块木板，密度分布不一样，其物理特性也不一样，各部分密度相同和中间密度小、边缘密度大的木板，后者的力学特性要强于前者。（2）木材的径向密度，与树种、生长环境的不同而不同，径向密度是研究木材生长情况的重要参考。（3）年轮研究是研究古代气象和天文的重要辅助手段。2木材密度的测量方法由木材密度和木材的力学特性的关系，通过对木材密度的检测能够很好的预测木材其他性能指标，而对木材材性较准确的预测与评估，不仅能够加速材质改良和遗传改良的过程，为人工林的培育提供理论依据，而且能够为木材的高效利用提供科学依据，满足了我国森林资源匮乏，木材综合利用率低的客观需求，实现优材优用、劣材优用的目的。可以较好的解决木结构建筑中的腐朽和坍塌问题，同时可以运用到古代木结构建筑的修复和维护，本文主要对传统的称重方法、基于机械力密度检测法和基于射线密度检测法的研究。建好的检测出木材的密度。2.1传统称重法传统测量法也称为直接测量法，就是沿径向连续切成若干的小薄片，然后称重和测量体积，每片的质量除以每片的体积就是每片的密度，从而求得密度的分布，算出木材的平均密度，这种方法测量准确，这种方法虽然测量准确，但操作过程复杂，耗时比较长，对木材也有一定的损坏，大大降低了木材的使用价值，影响了木材的后续加工利用，同时研究空间也不是很大。目前出现了一些新的检测方法，也能快速地、无损地评测出木材的密度。故没有建好的研究价值。2.2基于机械力密度检测法木材的硬度、阻力等性质与木材的密度紧密相关，所以可以通过木材的硬度或力学性质去检测木材的密度。（1）利用PilocIyn间接测木材密度[1]检测原理：是国外针对活立木基本密度检测而研发的一种手持式密度检测仪，可以对活木木心进行快速准确的检测，与其硬度有着紧密关系，主要机理是将密度探针插入木材中，插入的深度就是要测量的密度，探测值与密度有着密切的关系，射入深度越小，则木材的密度越大，反之，则越小。通过探测值与木材密度的对应关系，就可以得出该木材的密度大小。该方法的局限性和评估：不同树种和同一树种的不同方向生长速度不同，因此密度的各向异性也不同。所以不同的树种检测因素不同，同一书中的不同测量方向也是探测的一个因素；探测时，应固定在同一方向研究，不同直径探针探测的抗晃能力也不同，所以木材的直径对本方法探测也是一个重要的因素。测量时应除去树皮，增加其准确度。缺点是：一个树种得到的探测值与密度的回归曲线不能适用于其他树种，因此探测别的树种密度时，还得重新测量。（2）基于钻力对木材密度的检测材微钻阻力仪是用于探测树木或木材内部结构的仪器，通过小型电机将钻针以恒定速率钻入木材内部，在此过程中会产生相应的阻力，阻力的大小反映出木材密度的变化，利用计算机采集测量过程中的阻力参数，显示出阻力曲线图像，根据阻力曲线，结合所学木材学知识可以判断早晚材密度、年轮数以及木材内部腐朽、空洞和生长情况等。其在树木方面主要应用于检测一些危险树木的腐朽及缺陷，评估树木年生长率和质量。在木材方面主要应用于木材结构腐朽和空洞的检测以及木材质量的评估。利用微钻阻力仪进行木材检测的优点是可以快速探测树木和木材内部情况、操作简单、精度和分辨率高、对树木基本没有损坏。2.2基于射线密度检测法[2]木材密度已经向木材微密度测定发展。木材微密度测定是一种比较精密的木材材性测定技术，利用射线在辐照不同密度物质时衰减程度不同的原理，在相对比较狭小的范围内测定木材的密度，通过逐点测量，能够较为精细地显示出不同部位木材密度的变异情况。射线检测技术是检测木材微密度常用的方法，它是利用射线穿过被测样品的强度衰减，检测其内部结构不连续性的技术。穿过样品的射线，由于强度不同在X射线胶片上的感光程度也不同，由此生成内部不连续的图象。主要原理是x射线和β射线在射到木材时，其反射强度和透射强度与密度有密切关系。射线扫描的特点是：运行速度快，缩短了患者检查时间；能够连续快速扫描成像，减少由于呼吸造成的伪影；能够进行多期扫描；能够通过数据采集重建高质量多轴面图像和三维立体图像，操作简单，准确率高，是一项实用的木材密度检测方法。3木材密度与削切力的关系木材的密度与木材的力学有着紧密的关系，木材的密度较容易得到，主要通过木材的密度的大小对木材削切力和木材的力学性质之间的研究，得出木材密度对其的影响。将木材两种切削厚度和两种切削角度条件下，相对于纤维方向的三个削切方向进行试验，得出削切力与密度之间的关系。测试结果表明，木材密度的增大，木材的各力学性质也都基本上变大。术材各力学性质的变大的顺序是弯曲强度最大，其次是顺纹压缩强度，再是剪切强度，横纹压缩强度最小。而且，愈大的强度，它随着密度的增大而变大的变化率也愈大。在本试验的条件下，木材切削力随着木材密度增大而增大，木材主切削力与木材密度之间呈线性关系[3]。4木材密度的变异规律由于木材采用后在各个领域的应用不同，因此必须先知道木材的密度分布情况，弄清木材密度的变化规律，才能更好的将不同密度的木材运用到它适合的领域，做到木材的精细化利用提高利用效率。传统的称重法测量木材的密度分布不是那么的准确，因此我们运用了微密度法对木材的密度分布进行研究。密度径向变异划分为3种类型,I.自髓心向外,密度递增;I.自髓心向外,密度最初递减,然后外层增加;I.髓心附近密度高于树皮附近密度,密度自髓心到树皮以直线或曲线形式降低。木材密度差异不显著,而不同无性系间和不同高度间木材密度差异显著，由髓心向外木材密度逐渐增加,由髓心木材密度向外逐渐递减和由髓心向外木材密度先降低,到一定年龄后再增加,但以由髓心向外木材密度逐渐递减为主要模式[4]。5木材密度对声学特性的影响木材密度受树木自身结构、遗传因素及生长环境等后天因素的影响．树种不同、树木生长地域环境不同、树龄不同、树干部位不同，木材密度就会产生不同的变化。通过研究木材密度与声学特性参数之间的关系，可以建立起两者之间的基本联系，为确定适宜乐器提供较好的依据。研究表明，木材的密度与发音的音色之间没有明显关系，各向异性高的材料适宜于乐器的制作，主要原因在于各向异性高的材料，相应地它高频纵向弹性模量高而低频径向弹性模量低，这样使得板材可以有较宽的频谱响应域，而且．随着纵向比动弹性模量的进一步增大，材料频谱响应域的范围更加扩大[5]。参考文献[1]孙燕良，张厚江等木材密度检测方法研究现状与发展[S]森林工程，2011,27（1）[2]粱保松，朱景乐，王军辉。等在华山松活立木木材材性估测中的应用[J]．南京林业大学学报，2008，32(6)：98~100．[3]王平陈光伟佟晓平朴永守木材力学性质和木材削切力与木材密度的关系[J]东北林业大学学报，2002,30（5）：[4]马丽娜付孝德张明等人工林杨树木材密度变化规律[J]安徽农业大学学报，2003,30（4）：410~413[5]沈隽刘一星田站礼等云杉属木材密度与声学特性参数之间关系的研究[]S华中农业大学学报，2001（4），181~184