Влияние факторов на характеристики эффекта памяти формы древесины, страница 2

Пушкино Московской области), МУП ГП Сергиев Посад «Теплосеть» (г. Сергиев Посад Московской области) и в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса».Научные положения, выносимые на защиту.1) Показатели и методика квантификации ЭПФ древесины, полученные наоснове модели гигро(термо)-механических деформаций древесины и показателей ЭПФ полимеров.

Влияние факторов (температуры и влажности) на показатели эффекта памяти древесины, возможности регулирования эффекта памяти древесины;62) Cпособ визуализации и квантификации эффекта памяти формы древесины;3) Способность древесины запоминать несколько форм;4) Трансформация топологической структуры древесины при образованиивременной формы и восстановлении постоянной формы;5) Изменение характеристик молекулярно-топологического строения древесины при различных проявлениях эффекта памяти формы, определенныхметодом термомеханической спектрометрии;6) Изменения удельной поверхности древесины при различных проявленияхэффекта памяти формы;7) Рекомендации по использованию полученных экспериментальнотеоретических закономерностей ЭПФ в технологических процессах деревообработки и при эксплуатации изделий, а также совершенствованияучебного процесса по курсу древесиноведения и физики древесины.Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорскопреподавательского состава Московского государственного университета леса(Мытищи, 2011-2015 гг.), международной студенческой конференции SVOC(Зволен, Словакия, 2011 г.), ежегодной сессии РКСД (Санкт-Петербург, 2011г.), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемыи перспективы лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2012 г.), PlenaryIAWS meeting «Wood the best material for mankind» (Зволен, Словакия, 2012 г.),международной конференции «Экологобезопасные ресурсосберегающие технологии обработки древесины» (Киев, 2013 г.), 57-ой международной конференции Society of Wood Science and Technology «Sustainable Resources andTechnology for Forest Products» (Зволен, Словакия, 2014 г.), Plenary IAWSmeeting «Eco-efficient Resource Wood with special focus on hardwoods» (ШопронВена, Венгрия, Австрия, 2014 г.), 5-ом международном симпозиуме РКСД«Строение, свойства и качество древесины – 2014» (Мытищи, 2014 г.), международной конференции ICWSE «Wood science and engineering in the thirdmillennium» (Брашов, Румыния, 2015 г.).Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 20 работ, включая 3 статьи в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК РФ, подано 2 заявки на патенты – изобретение и полезную модель.Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. В процессе проведения исследований на опытных образцах древесиныбыли использованы теоретико-эмпирические методы, методы сравнения инаблюдения, теории планирования эксперимента, математической статистики,разработанные методы определения количественных показателей, методы химического и физического анализа.Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается использованием современных методик, приборов и программного обеспечения на базелаборатории Центра коллективного пользования научным оборудованием«Центр физико-механических испытаний древесины» (ЦКП ЦФМИД) НОЦ7«Нанотехнологии в лесном комплексе» ФГБОУ ВПО МГУЛ, лабораториинаноразмерных пленок и порошков и лаборатории полимерных связующихИПХФ РАН, методов математической статистики при обработке результатов, атакже достаточным объемом экспериментального материала.Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки, пункту 1 – Исследование свойстви строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий).Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержитвведение, пять глав, основные выводы и практические рекомендации, библиографический список и приложения.

Основное содержание изложено на 146страницах машинописного текста, общий объем – 160 страниц, иллюстрировано 61 рисунком и 18 таблицами. Список использованной литературы содержит120 источников, в том числе 38 иностранных.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель работы и задачи исследования, представлена новизна научных исследований, практическая значимость и результаты внедрения.В первой главе проведен анализ состояния вопроса в области многофункциональных материалов, к которым относятся умные материалы (smartmaterials), обладающие эффектом памяти формы. Древесина является природным умным материалом, проявляющим данный эффект. ЭПФ древесины основан на деформационных превращениях. Исследования деформативности древесины при действии различных факторов представлены в работах: Л.М.

Перелыгина, А.Х. Певцова, Е.И. Савкова, П.Н. Успасского, Г.Г. Карлсена, В.А. Баженова, Б.И. Огаркова, П.Н. Житкова, П.Н. Хухрянского, П.С. Серговского, В.Н.Быковского и В.О. Самуйлло, Б.Н. Уголева , Г.А. Горбачевой, Ю.Г. Лапшина,В.А. Шамаева, А.А. Титунина, А.А. Тамби, A. Teischinger и др. Количествонаучных работ, посвященных исследованию эффекта памяти формы древесины,весьма незначительно, поэтому необходимы комплексные исследования ЭПФдревесины с определением количественных и качественных характеристикданного феномена. На основании анализа проведенных ранее исследованийсформулированы цель и задачи исследования.Во второй главе, состоящей из 6 параграфов, содержатся теоретическиеобоснования экспериментальных исследований влияния различных факторов нахарактеристики эффекта памяти формы древесины.

Приведены сведения о характеризации ЭПФ древесины. По современным материаловедческим представлениям в понятие характеризация, прочно закрепившееся в научном лексиконе, входит комплекс показателей объекта исследований. ХарактеризацияЭПФ древесины вызывает необходимость проведения разноплановых исследований фундаментальных свойств древесины. ЭПФ древесины связан с деформационными превращениями и обусловлен временной перестройкой в нано-8структуре древесины. Также приводятся основные положения модели гигро(термо)-механических деформаций древесины (ГТМД), разработанной на основе интегрального закона деформирования древесины, предложенного Б.Н.Уголевым и Ю.Г. Лапшиным.

Модель ГТМД применима для описания деформационных превращений при ЭПФ древесины. Замороженные деформации (1)образуются в результате временной перестройки структуры древесины подуправляющим воздействием нагрузки при увеличении жесткости древесины впроцессах сушки или охлаждения. Они исчезают при нагревании или увлажнении. Замороженные деформации представляют собой разницу между упругоэластическими деформациями древесины при начальной и конечной влажности.

− = 1 − 2 = − = ( 2 1 ).(1)122 ∙1Для количественной оценки ЭПФ древесины предложены показатели, полученные с использованием модели ГТМД и принятой для полимеров системыпоказателей эффекта памяти формы Rr и Rf (таблица 1).Таблица 1 – Показатели эффекта памяти формы древесиныПоказатели ЭПФдоля обратимых деформаций Rrдоля фиксированных (сет)деформаций Rfпоказывает способность материа- отражает способность материала фикла запоминать постоянную форму сировать механическую деформациюи является мерой восстановления и, тем самым, запоминать временнуюдеформации, полученной в реформу.зультате механического воздействия.где εevp – величина общей гигро(термо)-механической деформации, –остаточные пластические деформации εr = εc = εр, εs − сет-деформацияпосле снятия нагрузки,  f – замороженная деформация.Величина доли обратимых деформаций R r зависит от величины пластических деформаций, которая определяется начальными условиями деформирования. Доля замороженной деформации в общей зависит от перепада влажности или температуры.

Таким образом, показатель Rf определяется не тольконачальными условиями деформирования, но и величиной снижения температуры или влажности. Замороженные деформации являются носителями эффектапамяти древесины, определяют долю фиксированных (сет) деформаций и позволяют регулировать величину Rf.Проведя суммирование показателей Rr и Rf получаем:9 + =ε −ε +εε=ε −ε + ε +εε=1+εε,(2)Величина замороженной деформации определяется через показатели эффекта памяти следующим образом:ε = ε ( + − 1).(3)На рисунке 1 показана графическая интерпретация показателей эффектапамяти формы для полимеров и для древесины.0-1 Медленноенагружение при θ1,образуются все тривида деформаций,1-1 Охлаждение приσ = const до θ2,1-2 Разгрузка при θ2,2-3 Нагревание приσ = 0.Рисунок 1 – Показатели эффекта памяти формы полимеров, характеризующие деформационные превращения древесиныРассмотрен и теоретически обоснован многоформовый ЭПФ древесины,показана схема деформационных превращений при многоформовом эффектепамяти древесины.

На совмещенном графике для одного образца показаны триформы, запоминаемые при многоформовом эффекте памяти (рисунок 2), приэтом учитываются необратимые пластические деформации.Форма 1 (4-8)1  0,  f 1  0(4)Нагрев, 0-1 - нагрузка, 1-2 – выдержка, 2-3 – разгрузка, 0-3 отрезок, равный εp. = 0 (1 + ),(5)1 Е11 ,  с1   p  const,  evp  const ,(6) −Отрезок 3-2' =,(7)Отрезок 0-4 = + =,(8)10Форма 2 (9-11)2 , 2Отрезок 3-2'=1 (2 −1 )2 =Отрезок 0-42 =1+2 −1 (2 −1 )1+2+,(9),(10),(11)Сохранение нагрузки до σ2 при θ1 (0-1), выдержка 1-2, охлаждение до θ2, разгрузка 2-4, отрезок 4-5, равный εp, отрезок 5-0, равный εf2.Форма 3 (12-14)θ3, 3 =Отрезок 3-2'Отрезок 0-41 (3 −2 )3 =3 =1+3 −1 (3 −2 )1+3+,(12),(13).(14)На рисунке 2 отрезок (0-6) отражает медленное нагружение до σ2 при θ2,отрезок (6-7) – выдержка, равная примерно продолжительности охлаждения, (77) – охлаждение до θ3, отрезок (8-9) соответствует εp, отрезок (9-0) соответствует εf3.Рисунок 2 – Многоформовый эффект памяти древесины11Рассмотрены изменения в структуре древесины при различных проявлениях ЭПФ.