胶合木梁中温度与湿度应力的研究

胶合木梁中温度与湿度应力的研究

论文摘要

木材是一种毛细管多孔且吸湿的材料,当被置于变化的环境中时(温度与相对湿度发生变化),其内的温度与湿度也会随之改变,即因环境的变化而发生湿热的传递。在湿热传递过程中,由于温度与湿度梯度的存在,会导致湿热应力的产生。当湿热应力值达到一定水平时,可能会造成木材的纵向开裂,这对木结构构件的正常使用是极为不利的,尤其在温、湿度变化长期作用下,情况更为严重。因此,正确预测因环境变化所产生的湿热应力的大小,是一关键问题。本文采用有限元模拟的方法,应用Luikov传热传质模型,对层板胶合木直梁和曲梁中的横纹湿热应力进行了计算分析。结果显示,在环境条件以天为周期变化的情况下,对梁的影响主要集中在梁的表面附近,尤以湿度应力更为显著。因温度变化而产生的横纹温度应力相对较小,在一定条件下可以忽略其影响,而湿度应力则已达到可能使构件表面开裂的应力水平,因此在设计中应对其给予足够的重视。本文对影响胶合木梁湿热应力的主要因素也进行了参数分析,并给出了适用于近似预测胶合木直梁中湿热应力的简化计算公式,为相关的结构设计和工程应用提供一定的参考。最后给出了具体适用于哈尔滨地区的简化公式,运用同样的方法,也可以得到适用于其它地区计算公式。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 课题背景
  • 1.3 胶合木简介
  • 1.3.1 胶合木的生产
  • 1.3.2 制作胶合木的材料和构造要求
  • 1.3.3 制作胶合的工艺要求
  • 1.3.4 结构胶合木的应用
  • 1.4 国内外相关课题研究现状
  • 1.5 本文的主要研究内容
  • 第2章 木材介质中的传热传质机理
  • 2.1 概述
  • 2.2 几个基本参数
  • 2.2.1 比热
  • 2.2.2 热导率
  • 2.2.3 热扩散率
  • 2.2.4 纤维饱和点
  • 2.2.5 平衡含水率
  • 2.3 木材中传热传质机理
  • 2.3.1 木材中温度与湿度的传递方式
  • 2.3.2 木材中的传热传质模型
  • 2.3.3 Luikov模型在胶合木传热传质中的应用
  • 2.3.4 本构方程及求解方法
  • 2.3.5 ABAQUS有限元数值模拟流程
  • 2.3.6 模型的验证
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 胶合木梁中温度与湿度应力
  • 3.1 概述
  • 3.2 胶合木梁有限元模型的建立
  • 3.2.1 胶合木梁的选取
  • 3.2.2 有限元模型的建立
  • 3.2.3 胶合木梁的温度场与湿度场
  • 3.3 胶合木梁中的温度应力
  • 3.3.1 直梁中的温度应力
  • 3.3.2 曲梁中的温度应力
  • 3.4 胶合木梁中的湿度应力
  • 3.4.1 直梁中的湿度应力
  • 3.4.2 曲梁中的湿度应力
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 荷载与环境共同作用下胶合木梁的横纹应力
  • 4.1 概述
  • 4.2 胶合木梁的横纹湿热应力
  • 4.2.1 直梁中的湿热应力
  • 4.2.2 曲梁中的湿热应力
  • 4.3 荷载与环境条件共同作用下梁中的横纹应力
  • 4.3.1 荷载产生的横纹应力
  • 4.3.2 荷载与环境条件共同作用下梁中的横纹应力
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 影响湿热应力大小的因素及其简化计算方法
  • 5.1 概述
  • 5.2 环境变化周期的影响
  • 5.3 梁截面参数的影响
  • 5.3.1 截面宽度的影响
  • 5.3.2 截面高度的影响
  • 5.3.3 层板厚度的影响
  • 5.3.4 层板髓心位置的影响
  • 5.4 梁中最大湿热应力的简化计算方法
  • 5.5 哈尔滨地区梁中的最大湿热应力及简化计算
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢
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