Застосовність наявних методів ідентифікації полів напружень у пиломатеріалах для автоматизованих систем керування процесом сушіння деревини
Анотація
Незважаючи на значний розвиток потужності обчислювальних засобів, наявності великої кількості теоретичних розробок та результатів числових експериментів, практичне визначення напруженого стану деревини у процесі сушіння досі залишається складним технічним завданням. З'ясовано, що у численних опублікованих наукових дослідженнях автори намагаються пов'язати розподіл вологості у висушуваних пиломатеріалах із розподілом напружень та деформацій, використовуючи відомі технічні прийоми та засоби. Встановлено, що більшість сучасних систем керування процесом сушіння використовують як вхідні сигнали тільки параметри вологості та температури деревини та навколишнього середовища без урахування інформації про поточний розподіл напружень, що виникають у перерізі висушуваних пиломатеріалів. Досліджено, що оцінювання якості процесу сушіння за остаточним результатом не дає змоги встановити, чи всі стадії режиму сушіння задовольняють вимогу збереження цілісності деревини. Відповідно, внаслідок прийняття хибних рішень щодо інтенсивності видалення вологи, зростає її тривалість та підвищуються загальні енерговитрати. Доведено потребу доповнення наявних систем автоматичного керування додатковою інформацією про розвиток напружень у деревині під час сушіння, яка може не тільки істотно покращити якісні та економічні показники, але й докорінно змінити стратегію перебігу самого процесу. Проаналізовано застосовність наявних засобів ідентифікації полів напружень у висушуваних пиломатеріалах та сформульовано основні критерії їх порівняння щодо можливості практичного використання. Виявлено відсутність прямих способів вимірювання розподілу напружень, що виникають у процесі сушіння деревини. Визначено обмеження, які мають наявні технічні засоби та математичні моделі щодо застосування у системах автоматизації процесу сушіння деревини. Встановлено потребу розроблення прямого способу оцінювання напружено-деформівного стану деревини. Обґрунтовано доцільність розроблення математичної моделі закономірностей розвитку полів напружень у висушуваних пиломатеріалах для вдосконалення наявних систем керування сушарками.
Завантаження
Посилання
Bilko, P., Skoratko, A., Rutkiewicz, A., & Małyszko, L. (2021). Determination of the Shear Modulus of Pine Wood with the Arcan Test and Digital Image Correlation. Materials, 14(2), article ID 468. https://doi.org/10.3390/ma14020468
Borisov, V. M., & Kens, I. R. (2013). Pie chart of the state of moisture in wood and other hygroscopic porous materials. Scientific bulletin of UNFU, 23(10), 104–112. URL: https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2013/23_10/104_Bor.pdf
Breese, M. C., Zhao, S., & McLeod, G. (1995) The use of acoustic emissions and steaming to reduce checking during the drying of European oak. Holz als Roh-und Werkstoff, 53, 393–396. https://doi.org/10.1007/s001070050116
Chen, G., Keey, R. B., & Walker, J. C. F. (1997). The drying stress and check development on high-temperature kiln seasoning of sapwood Pinus radiata boards. Holz Als Roh- Und Werkstoff, 55(2-4), 59–64. https://doi.org/10.1007/bf02990517
Chen, G., Keey, R. B., & Walker, J. C. F. (1997). The drying stress and check development on high-temperature kiln seasoning of sapwood Pinus radiata boards. Holz Als Roh- Und Werkstoff, 55(2-4), 169–173. https://doi.org/10.1007/bf02990539
Cheng, W. L., Liu, Y. X., Shi Gang, M. L. (2007) Tensile stress relaxation of wood under high temperature and high pressure steam conditions. Journal of Beijing Forestry University, 29, 84–89. [In Chinese]. URL: https://www.researchgate.net/publication/289953316_Tensile_stress_relaxation_of_wood_under_high_temperature_and_pressurized_steam
Ciaburro, G., & Iannace, G. (2022). Machine-Learning-Based Methods for Acoustic Emission Testing: A Review. Applied Sciences, 12(20), article ID 10476. https://doi.org/10.3390/app122010476
Danihelová, Anna, & Viglasky, Jozef. (2004). The use of acoustic emissions to identify high levels of stress during wood drying. Wood Research, 49, 9–16. URL: https://www.researchgate.net/publication/288071829_The_use_of_acoustic_emissions_to_identify_high_levels_of_stress_during_wood_drying
Dendyuk, M. V., Pobereiko, B. P., & Sokolovsky, Y. I. (2002) Analysis of the stress-strain state and differential shrinkage during the regular mode of drying of dust materials. Scientific bulletin of UNFU, 12(8), 140–146. URL: https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2002/12_8/28.pdf
DSTU 4921:2008. Sawn timber products. Assessment of drying quality. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=86996
Du, K., Wang, Y., Zhang, Z., Li, M., Fang, S., Huang, C., & Qin, G. (2024). Research on frequency-domain characteristics of acoustic emission signals generated during wood damage and fracture process. Wood Material Science & Engineering, 1–11. https://doi.org/10.1080/17480272.2024.2429775
Elustondo, D., Matan, N., Langrish, T., & Pang, S. (2023). Advances in wood drying research and development. Drying Technology, 41(6), 890–914. https://doi.org/10.1080/07373937.2023.2205530
Evseenko, O. M., Olshevsky, A. V., & Leshchenko, V. M. (2022). Automated control system for a batch drying chamber. Technical engineering, 2(90), 52–58. https://doi.org/10.26642/ten-2022-2(90)-52-58
Fu, Z., Cai, Y., Zhao, J., & Huan, S. (2013). The Effect of Shrinkage Anisotropy on Tangential Rheological Properties of Asian White Birch Disks. BioResources, 8(4). URL: https://bioresources.cnr.ncsu.edu/BioRes_08/BioRes_08_4_5235_Fu_CZH_Effect_Shrinkage_Anisotropy_Tangential_Rheo_Wood_Disks_4458.pdf
Fu, Zongying, Cai, Yingchun, Zhao, Jingyao, & Huan, Siqi. (2013). The Effect of Shrinkage Anisotropy on Tangential Rheological Properties of Asian White Birch Disks. BioResources, 8(4), 5235–5243. https://doi.org/10.15376/biores.8.4.5235-5243
Fujimoto, T. (2021). Evaluation of stress relaxation process of wood based on the Eigen value distribution of near infrared spectra. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 248, article ID 119197. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119197
Gao, Y., Fu, Z., Zhou, Y., Gao, X., Zhou, F., & Cao, H. (2022). Moisture-Related Shrinkage Behavior of Wood at Macroscale and Cellular Level. Polymers, 14(22), article ID 5045. https://doi.org/10.3390/polym14225045
Glass, S. V., & Zelinka, S. L. (2010). Moisture relations and physical properties of wood. Wood handbook: wood as an engineering material: chapter 4. Centennial ed. General technical report FPL; GTR-190. Madison, WI: U. S. Dept. of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 4.1–4.19. URL: https://research.fs.usda.gov/treesearch/37428
Grottesi, G., Coelho, G. B. A., & Kraniotis, D. (2023). Heat and Moisture Induced Stress and Strain in Wooden Artefacts and Elements in Heritage Buildings: A Review. Applied Sciences, 13(12), article ID 7251. https://doi.org/10.3390/app13127251
Han, Y., Park, Y., Park, J. H., Yang, S. Y., Eom, C. D., & Yeo, H. (2016). The shrinkage properties of red pine wood assessed by image analysis and near-infrared spectroscopy. Drying Technology, 34(13), 1613–1620. https://doi.org/10.1080/07373937.2016.1138964
Huang, C., Gong, M., Chui, Y., & Chan, F. (2020). Mechanical behaviour of wood compressed in radial direction-part I. New method of determining the yield stress of wood on the stress-strain curve. Journal of bioresources and bioproducts, 5(3), 186–195. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2020.07.004
Jaskowska-Lemańska, J., & Przesmycka, E. (2021). Semi-Destructive and Non-Destructive Tests of Timber Structure of Various Moisture Contents. Materials, 14(1), 96. https://doi.org/10.3390/ma14010096
Kang, H. Y., Muszyński, L., & Milota, M. R. (2011). Optical Measurement of Deformations in Drying Lumber. Drying Technology, 29(2), 127–134. https://doi.org/10.1080/07373937.2010.482725
Landis, E. N., & Belalpour Destjerdi, P. (2022). Acoustic Emissions in Wood. In: Grosse, C. U., Ohtsu, M., Aggelis, D. G., Shiotani, T. (Eds). Acoustic Emission Testing. Springer Tracts in Civil Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-67936-1_19
Landis, Eric, & Belalpour Dastjerdi, Parinaz. (2021). Acoustic Emissions in Wood. https://doi.org/10.1007/978-3-030-67936-1_19
Larsen, F., Ormarsson, S. (2013). Numerical and experimental study of moisture-induced stress and strain field developments in timber logs. Wood Sci Technol, 47, 837–852. https://doi.org/10.1007/s00226-013-0541-z
Li, X. Q., Wang, X. M., & Yu, J. F. (2011). Research on Tensile Stress Relaxation Characteristics of Pinus sylvestris. Materials Science Forum, 704–705, 480–485. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.704-705.480
Mcmillen, J. M. (1955). Drying stress in red oak. Forest Products Journal, 5(1), 71–76. URL: http://kb.forestprod.org/Main/ind/?id=70523
Nasir, V., Ayanleye, S., Kazemirad, S., Sassani, F., & Adamopoulos, S. (2022). Acoustic emission monitoring of wood materials and timber structures: A critical review. Construction and Building Materials, 350, article ID 128877. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128877
Nasir, V., Nourian, S., Avramidis, S., & Cool, J. (2019). Stress wave evaluation for predicting the properties of thermally modified wood using neuro-fuzzy and neural network modeling. Holzforschung, 73(9), 827–838. https://doi.org/10.1515/hf-2018-0289
Nasir, V., Nourian, S., Avramidis, S., et al. (2019). Stress wave evaluation by accelerometer and acoustic emission sensor for thermally modified wood classification using three types of neural networks. European Journal of Wood and Wood Products, 77, 45–55. https://doi.org/10.1007/s00107-018-1373-1
Ormarsson, S., Dahlblom, O., & Johansson, M. (2009). Finite element study of growth stress formation in wood and related distortion of sawn timber. Wood Sci Technol, 43, 387–403. https://doi.org/10.1007/s00226-008-0209-2
Pinchevska, O. O. (2007). Substantiation of requirements for assessing the quality of drying of dust materials. Scientific bulletin of UNFU, 17(2), 42–48. URL: https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2007/17_2/42_Pinczewska_17_2.pdf
Pinchevska, O., & Spirochkin, A. (2021). Pulse drying of red oak wood blanks. Ukrainian Journal of Forest and Wood Science, 12(2), 40–49. https://doi.org/10.31548/forest2021.02.004
Pobereiko, B. P., & Flood, L. O. (2014). Influence of geometric dimensions on the permissible moisture drop and distribution of stress fields for coniferous dust materials. Scientific bulletin of UNFU, 24(5), 329–332. URL: https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2014/24_5/54.pdf
Pobereiko, B. P., & Sokolovskyi, Y. I. (2002). Influence of wood anisotropy on the dependence of differential shrinkage on stress-strain state in dried dust materials. Scientific bulletin of UNFU, 12(5), 162–166. URL: https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2002/12_5/45.pdf
Rice, R. W., & Youngs, R. L. (1990). The mechanism and development of creep during drying of red oak. Holz als Roh-und Werkstoff, 48, 73–79. https://doi.org/10.1007/BF02610711
Simpson, W. T. (1991). Dry kiln operators manual. In Agriculture Handbook, U. S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory: Madison, WI, USA. URL: https://www.tropicaltimber.info/wp-content/uploads/2015/09/USDA.FPL_.AH188.Rev1991DryKilnOperatorsManual.pdf
Skaar, C., Simpson, W. T., & Honeycutt, R. M. (1980). Use of acoustic emissions to identify high levels of stress during oak lumber drying. Forest Products Journal, 30, 21–22. URL: https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/19800662406
Sokolovskyi, Y. I., Safarov, V. O., & Storozhuk, O. L. (2005) Investigation of thermophysical and elastic properties of wood by ultrasonic method. Scientific bulletin of UNFU, 15(4), 124–133. URL: https://scholar.google.com.ua/citations?view_op=view_citation&hl=uk&user=V-WInlAAAAAJ&citation_for_view=V-WInlAAAAAJ:_xSYboBqXhAC
Stöhr, H. P. (1988) Shrinkage differential as a measure for drying stress determination. Wood Science and Technology, 22, 121–128. https://doi.org/10.1007/BF00355848
Tomad, J., Leelatanon, S., Jantawee, S., Srisuchart, K., & Matan, N. (2022). Internal stress development within wood during drying: regime and kinetics. Drying Technology, 41(1), 77–88. https://doi.org/10.1080/07373937.2022.2084750
Tsuchikawa, S., Hayashi, K., & Tsutsumi, S. (1996). Nondestructive Measurement of the Subsurface Structure of Biological Material Having Cellular Structure by Using Near-Infrared Spectroscopy. Applied Spectroscopy, 50(9), 1117–1124. https://doi.org/10.1366/0003702963905114
Wang, H. H., & Youngs, R. L. (1996). Drying Stress and Check Development in the Wood of two Oaks. IAWA Journal, 17(1), 15–30. https://doi.org/10.1163/22941932-90000619
Watanabe, K., Kobayashi, I., Saito, S., et al. (2013). Nondestructive evaluation of drying stress level on wood surface using near-infrared spectroscopy. Wood Science and Technology, 47, 299–315. https://doi.org/10.1007/s00226-012-0492-9
Yang, S. Y., Han, Y., Chang, Y. S., Kim, K. M., Choi, I. G., & Yeo, H. (2013). Moisture Content Prediction Below and Above Fiber Saturation Point by Partial Least Squares Regression Analysis on Near Infrared Absorption Spectra of Korean Pine. Wood Fiber Science, 45, 415–422. URL: https://wfs.swst.org/index.php/wfs/article/view/1851
Yankov, E., & Deliiski, N. (2007, July). Programmable Control for Lumber Drying in Chambers. In Proceedings of the 11th WSEAS International Conference on SYSTEMS, Agois Nikolaos, Crete, Greece, 194–198. URL: https://www.researchgate.net/profile/Nencho-Deliiski/publication/237204454_Programmable_Control_for_Lumber_Drying_in_Chambers/links/552bfd770cf21acb091f56dc/Programmable-Control-for-Lumber-Drying-in-Chambers.pdf
Zhou, F., Fu, Z., Zhou, Y., Zhao, J., Gao, X., & Jiang, J. (2019). Moisture transfer and stress development during high-temperature drying of Chinese fir. Drying Technology, 38(4), 545–554. https://doi.org/10.1080/07373937.2019.1588900
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
