北美规格材目测分等方法应用于人工林杉木规格材适应性研究

摘要

为了准确评估人工林杉木(Cunninghamta ranceolata)规格材外观及强度等级，了解不同目测等级足尺试件力学性质与无疵小试件力学性质之间的关系，进一步检验目测分等方法的合理性，本论文主要通过人工林杉木规格材目测分等研究，节子、密度及生长轮宽度与目测等级的关系，足尺试件及无疵小试件力学性质测试等三大方面的分析与讨论，从缺陷与强度关系的角度阐述北美目测分等规则应用于人工林杉木规格材的适应性情况。为深入分析主要降等缺陷、人工林密度及生长速度指标对杉木规格材目测等级的影响提供研究平台，为北美目测分等方法应用于人工林杉木规格材的适应性研究提供数据支持，为国产人工林规格材目测分等方法的建立和完善提供试验依据。 本研究依据北美NLGA对人工林杉木规格材进行分等，NLGA标准中SS等级，No．1等级，No．2等级的名称分别对应GB50005-2003标准中Ⅰ<,c>等级，Ⅱ<,c>等级，Ⅲ<,c>等级。；足尺试件的MOR、MOE主要依据GB50329-2002并参考ASTM D198和ASTM D4761 进行测试，LITS依据ASTM D198和ASTM D4761进行测试；无疵小试件的MOE、MOR、UTS，试验时密度、生长轮宽度依据中国国家标准进行测试。用于本研究的人工林杉木主要采自安徽、湖南，四川，福建。选取具有代表性产地的杉木人工林作为试验用材，可以保证每一产地、目测等级、力学测试类型的规格材不少于30根。 论文的主要研究结果如下： (1)通过目测分等方法研究明确了：节子依据其在横截面所占面积的比率或等效直径划分等级，最终按边节和中线节两类进行评估；钝棱依据其长度和厚度划分等级，通过与基本钝棱比较进行评估；腐朽依据腐朽区域数量以及腐朽部分宽度和深度划分等级；漏刨依据漏刨区域的长度和深度进行等级评估；斜纹理是通过测量目测纹理偏离的程度进行分等的。 (2)目测分等结果表明：安徽、湖南、四川、福建各产地杉木规格材的质量存在较大的差异，节子是最主要的降等缺陷，对各个产区杉木规格材等级的影响程度不同；钝棱、漏刨也是造成人工林杉木规格材目测等级降低的主要缺陷；安徽、湖南、四川、福建四产地。No．1等级和No．2等级都存在不同程度的腐朽和斜纹理；不同产地杉木规格材的最大降等缺陷所占百分率不同、各目测等级所占比例不同：从SS等级所占比例看，福建(49.08％)杉木规格材目测质量好于湖南(41.62％)、安徽(39.23％)、四川(28.32％)；从SS，No．1，No．2三等级所占总比例看，安徽杉木规格材目测质量最好，其次是湖南、四川、福建；从SS，No．1，No．2三等级比例分布均匀性看，四川杉木规格材目测质量最好，其次是湖南、安徽、福建。sS等级规格材数量占规格材总数比例最高，No．2等级其次，No．1等级比例最低，与北美相关研究结论类似。 (3)节子平均直径从SS等级0.60英寸，No．1等级1.08英寸，到No．2等级1.40英寸逐渐增加的趋势说明目测分等规则对节子等效直径各个等级的限定是合理的；单从强度的角度考虑，不宜用节子平均直径预测足尺试件的MOR；节子的平均个数从SS等级到No．2等级呈“八”型变化，SS等级数量最少3.57个，No．1等级数量最多5.75个；节子平均数量不是决定福建产杉木规格材目测等级的因素，但对目测等级具有一定的指示作用；相关分析表明；不能以节子数量作为划分杉木规格材强度等级的依据。 (4)各种类型的节子从SS等级到No．2等级的变化趋势大体相同，与节子平均数量综合分析的结果相同，呈“八”型变化；各目测等级节子平均个数都遵循边节>簇生节>中线节>三面节>节子组合的规律；从各种类型节子所占的比例来看，NLGA分等规则可以将具有各种类型节子的人工林杉木规格材较为合理地划分为SS等级、No．1等级和No．2等级；认为该结果主要与杉木生长节子生长特点和锯木厂锯解原木的方法有关。 (5)安徽、福建产杉木规格材的密度从SS等级到No．2等级逐渐增加；四川产杉木规格材的密度从SS等级到No．2等级先增加后减小，SS等级密度最小；湖南产杉木规格材密度从SS等级到No．2等级先减小后增加。四川产的人工林杉木规格材密度最大，福建的最小；综合四产地杉木规格材密度从SS等级到No．2等级逐渐增加。足尺试件密度与MOR相关性较差。 (6)福建、安徽、湖南的平均生长轮宽度从SS等级到No．2等级呈“∧”型变化，四川的平均生长轮宽度从SS等级到No．2等级呈“V”型变化，变化趋势与其它产地不同；福建杉木规格材SS等级为5．65mm，No．1等级为6.11mm，No．2等级为5.58mm三个目测等级的平均生长轮宽度值在四产地该目测等级中最大；各个目测等级之间生长轮宽度差异不显著，认为与幼龄材比例有关。 (7)四产地足尺试件MOR与MOE相关性分析表明：杉木规格材MOR与MOE显著相关，在0.05水平相关系数，r=0.695；人工林杉木规格材MOR与MOE线性回归方程为Y=0.0882X+6.2254，可以用来预测MOR。 (8)足尺试件MOR值从SS等级到No．2等级呈“V”型变化，SS等级MOR最大(49.09MPa)，No．1等级MOR最小(43.04MPa)，No．2等级MOR介于两者之间(43.04MPa)；各目测等级MOE变化不大；SAS不等重复双因素方差分析目测等级、产地对MOR的影响结果表明：目测等级对MOR影响显著性，产地及产地与目测等级交互效应对MOR影响不显著。 (9)安徽、湖南、福建以及四产地汇总后的UTS从SS等级到No．2等级呈“V”型变化，且SS等级的UTS平均值最大，No．1等级的IJTS最小，No．2等级的UTS介于两者之间；只有四川产的杉木规格材UTS从SS等级到No．2等级逐渐降低；SAS不等重复双因素方差分析目测等级、产地对UTS的影响结果表明：目测等级及产地对UTS 影响显著，两者交互效应对UTS影响不显著。 (10)SAS不等重复双因素方差分析目测等级、产地及其交互效应对无疵小试件MOR及UTS的影响结果表明：目测等级及产地对无疵小试件MOR影响显著，对UTS影响不显著：MOR及UTS从SS等级、No．1等级到No．2等级变化呈“V”型；认为该变化与目测分等方法有关认为与杉木立地、气候等环境因子及杉木自身种源信息有关。 (11) 产地对足尺试件力学性质的影响有可能显著，目测分等的等级对力学性质的影响极显著，今后相关研究中应重点考察目测分等方法对力学性质的影响；人工林杉木足尺试件的MOR及UTS值范围为：40-52MPa，23-33MPa，约为无疵小试件相应力学性质值的53-77％和34-39％；目测分等缺陷对人工林杉木足尺试件的UTS削弱较大。 (12)无疵小试件MOR5％分位值为49.0MPa；人工林杉木各目测等级MOR 特征值为：SS等级25.33MPa，No．1等级23.74MPa，No．2等级22.73MPa；依据NLGA分等后人工林杉木规格材各目测等级的实际强度比为：SS等级51.7％，No．1等级48.4％，No．2等级46.4％；各目测等级MOR特征值及强度比都比NLGA规定的低：NLGA目测分等规则适用于我国人工林杉木规格材等级的评估。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2规格材目测分等方法和原理

1.2.1北美规格材分等的起源

1.2.2北美分等机构设置

1.2.3目测分等方法原理及缺陷分类

1.2.4北美分等试样选取原则

1.3目测分等方法的研究现状

1.4节子的研究现状

1.5规格材足尺测试相关研究现状

1.6人工林杉木力学性质研究现状

1.7研究目的和意义

1.8主要研究内容

1.8.1规格材目测分等方法研究

1.8.2杉木规格材的目测分等

1.8.3节子、密度及生长速度对杉木规格材目测等级的影响

1.8.4杉木规格材足尺力学性质与小试件力学性质之间的关系

1.8.5北美目测分等方法应用于杉木规格材的适应性分析

第二章杉木规格材目测分等方法研究

2.1绪言

2.2杉木规格材目测分等规则研究

2.2.1等级名称及用途

2.2.2目测分等缺陷及分等方法

第三章杉木规格材目测分等

3.1绪言

3.2试验材料及分等

3.2.1试验材料

3.2.2分等

3.3目测分等结果与讨论

3.3.1各产地目测分等结果与讨论

3.3.2各种降等缺陷降等情况分析与讨论

3.3.3各目测等级比率比较

3.4小结

第四章节子、密度及生长速度与目测等级关系

4.1绪言

4.2节子直径、数量及类型与目测等级关系的研究

4.2.1试验材料

4.2.2试验方法

4.2.3试验结果及分析

4.2.4小结

4.3杉木密度与目测等级关系研究

4.3.1试验材料

4.3.2试验方法

4.3.3试验结果与讨论

4.3.4小结

4.4杉木生长速度与目测等级关系的研究

4.4.1试验材料

4.4.2试验方法

4.4.3试验结果与讨论

4.4.4小结

4.5小结

第五章杉木足尺试件与无疵小试件力学性质关系研究

5.1绪言

5.2杉木足尺试件力学性质测试

5.2.1足尺试件MOE及MOR

5.2.2足尺试件UTS

5.2.3结果与讨论

5.3杉木无疵小试件力学性质

5.3.1无疵小试件MOR测试

5.3.2无疵小试件UTS测试

5.3.3结果与讨论

5.4杉木足尺试件与无疵小试件力学性质的相互关系

5.5小结

第六章杉木规格材目测分等方法适应性分析

6.1绪言

6.2MOR特征值

6.2.1标准条件转换

6.2.2 MOR特征值计算

6.3强度比计算

6.4比较

6.4.1特征值比较

6.4.2强度比比较

6.5结论及建议

第七章结论与讨论

7.1结论

7.1.1杉木规格材目测分等方法研究

7.1.2目测分等

7.1.3节子、密度及生长速度与目测等级关系

7.1.4足尺试件与无疵小试件力学性质关系研究

7.1.5杉木规格材目测分等方法适应性分析

7.2讨论与展望

参考文献

致谢

在读期间的学术研究