Моделирование процесса разрушения отходов лесозаготовок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Ломов, Алексей Юрьевич

• Ломов, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ломов, Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ способов измельчения (межволоконного разделения) древесного сырья (отходов лесозаготовок).

1.2. Факторы, влияющие на процесс межволоконного разделения древесины и характер древесного сырья (отходов лесозаготовок).

1.3. Структурные модели древесины и зависимости, описывающие ее механическое поведение.л.

1.4. Цели и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ

ОТХОДОВ ЛЕСОЗАГОТОВОК.

2.1. Особенности микро - и макростроения отходов лесозаготовок.

2.2. Влияние структуры отходов лесозаготовок и других факторов на их прочность при разрушении.

2.3. Элементы теории трещиностойкости древесины.

2.4. Разработка математической модели процесса разрушения отходов лесозаготовок.

2.5. Выводы по результатам теоретических исследований.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.,.

3.1. Цели и задачи исследований и содержание методики.

3.2. Методика экспериментальных работ по определению напряжений и относительных деформаций, характеризующих процесс разрушения.

3.3. Методика экспериментальных работ по определению характеристик частиц, полученных после разрушения образцов.

3.4. Выводы по разделу.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процесса разрушения отходов лесозаготовок»

Актуальность темы. На современном этапе развития лесного комплекса остро встает вопрос о необходимости широкого использования комплексной переработки сырья, ресурсосберегающей техники, малоотходных и энергосберегающих технологий, вовлечение в производство новых видов сырья и материалов. В условиях нарастающего дефицита в древесине реальным направлением решения этого вопроса является вовлечение в переработку отходов лесозаготовок в виде сучьев, ветвей, вершин и т. п. Имеются предпосылки для практического использования деструктурированной древесины в качестве исходного компонента при разработке принципиально новых материалов и изделий из них.

В связи с возможным появлением таких материалов на основе длинноволокнистых фракций древесины и соответствующих технологий представляет интерес исследовать деление древесины на технологические фрагменты при сжатии, а также сам процесс деструкции древесины при поперечном нагружении в малоизученной области.

Цель работы - моделирование процесса разрушения отходов лесозаготовок под действием сжимающей нагрузки, направленной поперек волокон древесины.

Научная новизна работы состоит в получении теоретических и экспериментальных зависимостей для описания процесса разрушения древесины сучьев и ветвей. Разработана модель многостадийного процесса разрушения отходов лесозаготовок. Установлены закономерности степени влияния геометрических параметров и влажности древесного сырья на показатели механических свойств древесины отходов лесозаготовок. Предложена и обоснована модель "слабого" звена для прогнозирования показателей механических свойств древесины и относительного объема частиц, получаемых после разрушения, в зависимости от исходных параметров образцов.

Практическая ценность работы. Результаты исследований, представленные в виде модели разрушения, а также аналитических и графических зависимостей, позволяют разработать рекомендации для дальнейших исследований в области использования отходов лесозаготовок и для создания принципиальной схемы получения экологически чистых плит и топливных брикетов. Наша работа является первоначальным этапом в проведении комплексных исследований проводящихся на лесоинженерном факультете Петрозаводского государственного университета по программе "Проблемы использования отходов лесозаготовок для создания экологически чистых плит". В этих исследованиях предусматривается дальнейшее использование, полученных после разрушения частиц, в производстве экологически чистых плит или топливных брикетов методом формования.

Результаты исследований доложены и одобрены на республиканских научно-практических конференциях в КарНИИЛПе в 1998-1999 гг., на научно-практической конференции докторантов и аспирантов лесоинженерного факультета Петрозаводского государственного университета в 1999 г., на международной научно-практической конференции в г. Йошкар-Оле в 1999 г.

Диссертация была представлена на семинаре кафедр лесоинженерного факультета в 1999 г.

По результатам выполненных исследований опубликовано 1 статьи и тезисы 5-и выступлений на конференциях.

По итогам диссертационной работы на защиту выносится следующее:

1. Модель многостадийного процесса разрушения отходов лесозаготовок.

2. Модель "слабого звена" для прогнозирования показателей механических свойств. 6

3. Регрессионные модели, описывающие зависимость растягивающих напряжений, относительных деформаций и относительного объема частиц от варьируемых факторов: диаметра, длины, влажности.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 203 страницы сквозной нумерации, из них 164 страницы основного текста, рисунков 58, таблиц 34, и приложений 39 страниц. Список литературы содержит 90 наименований.

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Ломов, Алексей Юрьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Впервые предложена математическая модель, позволяющая адекватно описать стадии процесса разрушения древесины отходов лесозаготовок.

2. Модели прогнозирования показателей механических свойств, полученные на основании гипотезы слабого звена, достаточно точно прогнозируют выходные параметры в зависимости от экспериментальных данных.

3. На основании экспериментальных исследований получены регрессионные уравнения для растягивающих напряжений, относительных деформаций и относительного объема частиц.

4. Проведенная статистическая обработка экспериментальных данных позволила сделать вывод об адекватности модели многостадийного разрушения, регрессионных моделей и моделей слабого звена реальному процессу.

5. Предложенная модель и регрессионные уравнения позволяют рассчитывать параметры процесса разрушения в зависимости от влияющих факторов.

6. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено:

- растягивающие напряжения и относительные деформации в момент возникновения трещины и в момент разрушения образца значительно зависят от влажности и диаметра, с увеличением которых они уменьшаются;

- относительный объем частиц зависит от диаметра и от длины. С увеличением диаметра величина относительного объема частиц значительно уменьшается, а с ростом длины - повышается.

- средние значения критического коэффициента интенсивности напряжений для древесины сучьев и ветвей ели изменяются в пределах от 0,124

156

7. Предпочтительным условием для межволоконного разрушения отходов лесозаготовок является повышенное (не менее 90%) содержание влаги.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ломов, Алексей Юрьевич, 1999 год

1. Рушнов Н. П., Лицман Э. П., Пряхин Е. А. Рубительные машины.- М.: Лесная промышленность, 1985. 208 с.

2. Пучков Б. В. Измельчение древесных отходов для производства плит//Обзор информации. Плиты и фанера. М.: ВНИПИЭИлеспром 1989. -Вып.4.- 52с.

3. Пучков Б. В. Эффективность различных способов измельчения древесины в производстве ДСП.//Деревообрабатывающая промышленность. 1993. - № 2. - С.5-7

4. Пучков Б. В. Измельчение древесного сырья традиционными и новыми способами.//Экспресс-информ. Плиты и фанера. М.: ВНИПИЭИлесп-ром - 1991. - Вып.8. - С.2-40

5. Ломов А. Ю., Марков В. И. Перспективные способы измельчения лесосечных отходов//Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции "Региональные проблемы развития лесного комплекса"/КарНИИЛП, Петрозаводск, 1998. С. 30.

6. Койков П. М. Оборудование для производства брикетов из древесныъх отходов//Обзор. информ. Механическая обработка древесины- М.: ВНИПИЭИлеспром. 1986. - Вып. 9. - 32 с.

7. Соловов А. М. Брикетирование коры и мелких лесных отходов// Обзор. информ. Механическая обработка древесины М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1986. - Вып. 4. -36 с.

8. Использование низкокачественной древесины и древесных отходов на лесозаготовительных предприятиях//Экспресс-информ. Сер. Лесоэксплуатация и лесосплав М.: ВНИПИЭИлеспром, 1990. - Вып. 19. -32с.

9. Тупикин Л. И. Рубительная машина//Информационный сборник. Сер. Лесоэксплуатация и лесосплав М.: ВНИПИЭИлеспром. - 1991. -Вып. 1.-С.20

10. Леонтьев Н. Л. Техника испытаний древесины. М.: Лесная пром-ть, 1970. - 160 с.

11. Леонтьев Н. Л. Длительное сопротивление древесины. М.: Гослесбумпроиздат, 1957. - 242 с.

12. Ванин С. И. Древесиноведение. 3-е изд. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1949. - 581 с.

13. Перелыгин Л. М. Древесиноведение, 2-е изд. перераб. и доп. Б. Н. Уголевым. М.: Лесная пром-ть, 1969. - 316 с.

14. Уголев Б. Н. Испытания древесины и древесных материалов. -М.: Лесная пром-ть, 1965. -252 с.

15. Боровиков А. М., Уголев Б. Н. Справочник по древесине/Под ред. Б. Н. Уголева. М.: Лесная пром-ть, 1989. - 296 с.I

16. Древесина. Показатели физико-механических свойств. РТМ. -М.: Комитет стандартов при СМ СССР, 1962. 48 с.

17. Справочное руководство по древесине. Лаборатория лесных продуктов США. М.: Лесная пром-ть, 1979. - 544 с.

18. Бойко М. Д. Влияние температурно-влажностного состояния древесины на ее прочность. М.: Госстройиздат, 1952.

19. Панферов К. В. Влияние скорости нагружения на прочность и деформативность древесины при смятии пеперек волокон//Сб. "Вопросы изготовления древесных конструкций". М.: Госстройиздат, 1962.

20. Белянкин Ф. П. Современные методы расчета прочности элементов деревянных конструкций. Киев: Изд-во АН СССР, 1951.

21. Иванов Ю. М., Баженов В. А. Исследования физических свойств древесины. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

22. Панфилов В. В. Влияние ударных нагрузок на структуру и механические свойства древесины. Брянск, 1965.

23. Ашкенази Е. К. Прочность анизотропных древесных и синтетических материалов. -М.: Лесная промышленность, 1966.

24. Германов А. А. Исследования амортизационных устройств предохранительных полков при углубке вертикальных стволов шахт. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Свердловск, 1973 139 с.

25. Баженов В. А. Перелыгин Л. М., Семенова Е. А. Об испытании древесины на сжатие поперек волокон//Тр. ин-та леса АН СССР. М.: АН СССР, 1953.-С. 48-56

26. Kollmann F. F. and Gute W. A. Principles of wood science and technolody, 1968. - Vol 1. - 582 c.

27. Meylan B. A. Butterfield B. G. Three-dimensional structure of wood. New York.: Syracuse University Press, 1972, 80 p.

28. Савков E. И. Механические свойства древесины. M.: Лесная промышленность, 1965.

29. Хухрянский П. Н. Прессование и гнутьё древесины. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1956.

30. Огарков Б. И., Апостол А. В. Теория и физическая сущность прессованной древесины. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981. 84 с.

31. Мовнин М. С. Подающие механизмы деревообрабатывающих станков. М.-Л.: Машгиз, 1958.

32. Щербак М. М. Прессование древесины методом прокатки/УДеревообрабатывающая промышленность. 1964. - № 6.

33. Берзиныи Г. В. Получение цельной пластифицированной древесины методом прокатки//Сб. НИИМАШ, М., 1965.

34. Ермолович А. Г. Мовнин М. С. и др. "Способ уплотнения древесины". "Устройство для прессования древесины"/Решение Комитета по делам изобретений и открытий при СМ СССР о выдаче авторского свидетельства по заявке № 13886290/29-33; № 1389617/29-33.

35. Вопросы теории, технологии и применения уплотненной древесины//Научные труды ЛТА. Л, 1968 - № 111. - 60 с.

36. Пучков Б. В Измельчение сырья для древесных плит. М.: Лесн. пром-ть, 1980. - 120 с.

37. Ломов А. Ю., Марков В. И. К вопросу измельчения лесосечных отходов//Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 2. Петрозаводск: Издательство ПетрГУ, ПТУ, 1999. С 84-85.

38. Ломов А. Ю., Марков В. И. Влияние влажности на процесс измельчения древесины способом прокатки//Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии лесного комплекса"/ КарНИИЛП, Петрозаводск, 1998. С. 35.

39. Хухрянский Л. Н. Прочность древесины. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1955.

40. Федосьев В.И. Сопротивление материалов. 8-е изд., стереотип. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. -560 с.

41. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения/Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 368 с.

42. Биоэнергия. Возможности использования древесных отходов в системах отопления отдельных поселков/И. К. Савин, В. В. Луканин, Ю. К. Кукелев. Петрозаводск: Изд во ПетрГУ, 1999. - 122с.

43. Никишов В. Д. Комплексное использование древесины/Учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 1985. - 264 с.

44. Коротяев Л. В Природные характеристики деревьев и хлыстов/Справочные материалы. Архангельск, 1998. - 101с.

45. Использование низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок/Справочник под ред. Проф. Коперина Ф. И. -М.: Лесная промышленность, 1970.

46. Вторичные материальные ресурсы лесной и деревообрабатывающей промышленности/Справочник. -М., 1983.

47. Волков С. Д., Ставров В. П. Статистическая механика композитных материалов. Минск: Изд-во БГУ им. В. И. Ленина, 1978.-205 с.

48. Weibul U. W. A statistical theory of the strength of material. Stockholm, 1939.

49. Аношкин Ю. Д. Ханов A. M., Сиротенко Л. Д., Храмцов Ю. Д. Чекменев А. В. Прогнозирование эффективных показателей упругости ацетилированной при термоуплотнении древесины //Деревообрабатывающая пром-ть. 1998. -№ 5. - с. 13-15

50. Роценс К. А. Технологическое регулирование свойств древесины. Рига: Зинатне, 1979. - 224 с.

51. Роценс К. А., Берзон А. В., Гулбис Я. К. Особенности свойств модифицированной древесины. Рига: Зинатне, 1983. - 298 с.

52. Лехницкий С. Г. Теория упругости анизотропного тела. Изд-е 2-е, М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука", 1977, - 416 с.

53. Ашкенази Е. К., Ганов Э. В. Анизотропия конструкционных материалов/Справочник. JL: Машиностроение, 1972. - 216 с.

54. Ашкенази Е. К. Анизотропия древесины и древесных материалов. М., Лесная промышленность, 1978. - 224 с.

55. Гениев Г. А., Курбатов А. С., Самедов Ф. А. Вопросы прочности и пластичности анизотропных материалов. М.: Интербук, 1993. - 187 с.

56. Никитин В. М. Химия древесины и целлюлозы. Второе переработанное издание. -М.-Л.: Гослесбумиздат 1960.

57. Чудинов Б. С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1984.269 с.

58. Патякин В. И., Тишин Ю. Г., Базаров С. М. Техническая гидродинамика древесины. М.: Лесная пром-ть, 1990. - 304 с.

59. Гелес И. С., Коржицкая 3. А. Биомасса дерева и ее использование. Петрозаводск. 1992. - 230 с.

60. Леонтьев Н. Л. Влияние влажности на физико-механические свойства древесины. М.: Гослесбумиздат, 1962.

61. Irwin G.R. Fracture dynamics //Fracturing of metals. ASM. Cleveland, 1948.-P. 147-166.

62. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. -М.: Наука, 1974,-640 с.

63. Механика разрушения и прочности материалов/Справ, пособие: В 4 т. /Под общей ред. В. В. Панасюка. Киев: Наук, думка, 1988.

64. Слепян Л. И. Механика трещин. -. Л.: Судостроение, 1981,

65. Питухин А. В. Вероятностно-статистические методы механики разрушения и теории катастроф в инженерном проектировании. -Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1998, 304 с.

66. Акишенков С. И. Исследование торцового растрескивания пиломатериалов и методы их устранения. Дис. к.т.н., JITA, 1971. 169 с.

67. Броек Д. Основы механики разрушения (Broek D. Elementary engeniring fracture mechanics). Лейден, 1974. Пер с англ. M.: Высш. Школа, 1980.-368 с.

68. Griffith A. A. The phenomena of rupture and flow in solids. Phil. Trans. Roy. Soc. of London, A 221 (1921).-P. 163-197.

69. Марков В. И. Обоснование и разработка баро-гидравлического способа повышения качества древесного сырья. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л.: ЛЛТА, 1985. -205 с.

70. Соболев Ю. С. Анизотропия древесины как отражение специфики ее структуры//Науч. тр. МЛТИ. 1981. -Вып. 117.

71. Соболев Ю. С. Совершенствование стандартных методов механических испытаний древесины//Научн. тр. МЛТИ. 1975. - Вып. 57.

72. Печенкин В. Е., Мазуркин П. М. Бесстружечное резание древесины. М.: Лесн. про-сть, 1986. - 144с.

73. Беляев H. М. Сопротивление материалов. -М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1976, с. 608.

74. Ломов А. Ю., Питухин А. В., Марков В. И. Исследование процесса разрушения лесосечных отходов//Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции "Актуальные проблемы лесного комплекса",/ КарНИИЛП, Петрозаводск, 1999.

75. Демидов С. П. Теория упругости: Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1979. -432 е., ил.

76. Найчук А. Я., Орлович Р. Б. Оценка прочности древесины методами механики разрушения//Совершенствование строительных конструкций из дерева и пластмасс/ Межвузовский тематический сборник трудов. Санкт-Петербург, 1992. - С.43 - 48

77. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

78. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971.-576 с.

79. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977.-447 с.

80. Пижурин А. А. Современные методы исследования технологических параметров в деревообработке. М.: Лесная промышленность, 1972. - 248 с.

81. Новик Ф. С., Арсов Я. Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение, София, Техника, 1980. - 303 с.

82. Андрукевич П. Ф. Голикова Т. И. Костина С. Г. Планы второго порядка на гиперкубе, близкие по свойтсвам к Д-оптимальным. В кн.: Новые идеи в планировании эксперимента. - М.: наука, 1969. - С. 140-153

83. Коробов В. В., Рушнов Н. П. Переработка низкокачественного сырья (проблемы безотходной технологии). -М.: Экология, 1991. -288 с.

84. Боровиков В. П. Популярное введение в программу STATISTICA. М.: КомпьютерПресс, 1998. - 267 с.

85. Боровиков В. П. Боровиков И. П. STATISTICA -Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Информационно-издательский дом "Филин", 1997. - 608 с.165

86. Таблицы математической статистики. Большев Л. Н., Смирнов Н. В. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983.-416 с.

87. Болотин В. В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. -448 с.

88. Григорьев С. Г., Левандовский В. В., Перфилов А. М., Юнкеров В. И. Пакет прикладных программ 8ТАТ011АРШС8 на персональном компьютере. Санкт-Петербург, 1992.