Новая модель поведения древесины под нагрузкой при различных условиях влажности и температуры

Credit: DOI: 10.15626/LUD.485.2023

Древесина - это естественно растущий материал, который веками использовался в качестве строительного материала. Однако его высокое содержание влаги затрудняет использование в качестве несущих конструкций без процессов сушки. В новой докторской диссертации по строительным технологиям Уинстон Ммари изучает взаимодействие между теплом, влагой и транспортными механизмами в древесине и разрабатывает модель для прогнозирования поведения древесины при механической нагрузке при различных условиях влажности и температуры.

Древесина имеет высокое начальное содержание влаги и химический состав, что делает ее очень чувствительной к влаге. Содержание влаги в древесине влияет на ее физико-механические свойства и требует процессов сушки для использования в несущих конструкциях. Описание распределения влаги и переноса влаги в древесине является сложной задачей, поскольку древесина состоит из различных фаз и процессов, таких как поглощение, испарение / конденсация и набухание / усадка древесных волокон.

«Основной целью диссертации является разработка модели, которая может предсказать макроскопическое поведение древесины при механической нагрузке, а также при воздействии различных условий влажности и температуры», — говорит Ммари.

Древесина, подверженная воздействию влаги или механических нагрузок

В диссертации изучается поведение древесины, которая подвергается воздействию влаги или механических нагрузок. Описаны свойства древесины, а для прогнозирования ее поведения используются теоретические модели. Диссертация состоит из четырех частей с моделями и симуляциями.

В первой части описано, как перемещается влага в древесине. Затем модель совершенствуется в следующих частях, чтобы учесть также уровни влажности и деформации древесины из-за изменений влажности. Моделирование также проводится для тестирования моделей. В заключительной части исследование акцентируется на том, как трескается древесина, и для этого используется специальная модель. С помощью моделирования изучаются возможности модели, а результаты сравниваются с экспериментальными наблюдениями.

«Процессы поглощения и перемещения влаги в древесине идут рука об руку с изменениями температуры материала. Моя диссертация показывает, что эти сложные механизмы переноса влаги в древесине и возникающие в результате деформации и трещины могут быть описаны с помощью моделей, построенных на сильных математических теориях, и предсказаны с помощью компьютерного моделирования», — продолжает Ммари.

Инструменты для анализа и прогнозирования

Исследование может быть полезным как для сегодняшней деревообрабатывающей промышленности, так и для будущих исследований.

«Разработанная модель может быть использована в качестве инструмента для анализа и прогнозирования поведения деревянных элементов и конструкций. Модели могут быть использованы для исследования и, возможно, оптимизации процессов сушки древесины. Кроме того, результаты этого исследования помогают направить исследователей в правильном направлении для будущих экспериментальных и теоретических исследований, направленных на улучшение знаний и понимания этого экологически чистого материала», — заключает Ммари.

Оригинал статьи: Winston Mmari, Multiphase continuum modeling of wood: A hybrid mixture theory approach (2023). DOI: 10.15626/LUD.485.2023 🔗