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,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢,第6章 木材物理性质,主要介绍木材密度、木材含水状态、木材中水分吸湿与解吸、木材干缩湿胀、木材电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。,1/109,目 录,6,.,1,木材密度,6,.,2,木材和水分,6,.,3,木材电学性质,6,.,4,木材热学性质,6,.,5,木材声学性质,6,.,6,木材光学性质,2/109,6,.,1,木材密度,6.1.1,木材密度种类,6.1.2,木材比重测定,6.1.3,细胞壁密度、实质密度和空隙度,6.1.4,木材密度影响原因,3/109,6.1.1 木材密度种类,木材是由木材细胞壁实质物质、水分及空气组成多孔性材料，对应着木材不一样水分状态，木材密度能够分为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们定义以下：,最惯用:气干密度和基本密度。在运输和建筑上，普通采取生材密度。而在比较不一样树种材性时，则使用基本密度。,4/109,6.1.2 木材比重测定,测定比重必须知道一定含水率时木材体积以及木材绝干重量。,在大多数情况下，绝干重量测定与用绝干称重法测定含水率中所用方法一致。,因为在干燥过程中抽提物可能和水蒸气一起蒸发，所以有时采取蒸馏法来得到绝干重量。,木材体积测定能够采取以下方法：,（1）对于形状规则试材，直接测量试材三边尺寸，计算出体积；,（2）对于形状不规则试材，能够用排水法测量体积。,（3）快速测定法。,5/109,（三）排水法,此法尤为适合测定不规则试样体积。当测定气干材或全干材体积时，需在试样入水前涂上石蜡薄层，预防试样吸水而影响精度。,（四）快速测定发法,首先，在烧杯中加入适量液体，将金属针浸入液体中，统计天平读数。,然后用金属针尖固定试材，将试材浸入液体中，再统计平衡时天平读数。,两次天平读数之差除以已知液体密度，就能够得到试材体积。,天平,试材,烧杯,金属针,支架,天平读数,图6-1 用排水法测量木材体积,量筒,液面,试材,图6-2 快速测定法测量木材体积,6/109,6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度,木材绝干细胞壁密度能够经过比重计或体积置换法来测量。置换介质种类不一样，测得细胞壁密度值也有差异。,7/109,以水作为置换介质得到细胞壁密度大于以甲苯和氦作为置换介质得到值。,这是由两个方面原因引发：,（1）水属于极性膨胀性介质，水分子能够进入细胞壁中更小孔隙中；,（2）与液态水相比，吸着水表观体积减小。,8/109,木材实质密度即指木材细胞壁物质密度。木材空隙度能够用下式计算求得：,式中，,P,为木材空隙度（%），,0,为木材绝干密度（g/cm,3,），,0w,为木材实质密度,（g/cm,3,）。,假如式中,用木材细胞壁密度代替，则得到孔隙度中不包含非膨胀性溶剂所不能进入细胞壁中微小孔隙。,9/109,6.1.4 木材密度影响原因,除了,含水率,以外，影响木材密度原因还包含,树种,、,抽提物含量,、,立地条件,和,树龄,等。在同一棵树上，,不一样部位,木材密度也有较大差异。,6.1.4.1 树种,6.1.4.2 抽提物含量,在不一样木材中，抽提物含量范围从绝干重3%至30%不等，所以对木材密度有很大影响。通常，在测定密度之前能够先用水和有机溶剂（如苯和乙醇等）对木材进行抽提处理，经过抽提处理后木材密度更为均一。,10/109,6.1.4.3 立地条件,树木立地条件，包含气候、地理位置等对木材密度也有很大影响。,6.1.4.4 树龄,从幼龄期直至成熟期，木材密度有伴随树龄增高呈增大趋势，。,11/109,6,.,2,木材和水分,6.2.1,木材中水分存在状态,6.2.2,木材含水率及测定,6.2.3,木材水分吸着（adsorption）,和解吸（desorption）,6.2.4,木材中水分移动,6.2.5,木材干缩湿胀,12/109,6.2.1,木材中水分存在状态,木材中存在水分，能够分为,自由水,和,结合水,（或吸着水）两类。,自由水,存在于木材细胞腔中，与液态水性质靠近。,结合水,存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非,结晶区、半纤维素和木素组成）中羟基形成氢键 结合。,13/109,生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中,自由水,水分量伴随季节改变，而,结合水,量基本保持不变。,纤维饱和点,假设把生材放在相对湿度为,100%,环境中，细胞腔中自由水慢慢蒸发，当细胞腔中没有自由水，而细胞壁中结合水量处于饱和状态，这时含水率称为纤维饱和点。,气干状态,当把生材放在大气环境中自然干燥，最终到达水分平衡态称为气干状态。气干状态木材细胞腔中不含自由水，细胞壁中含有结合水量与大气环境处于平衡状态。,绝干状态,当木材细胞腔和细胞壁中水分被完全除去时木材状态称为绝干状态。,14/109,6.2.2,木材含水率及测定,木材或木制品中水分含量通惯用,含水率,来表示。依据基准不一样分为,绝对含水率,和,相对含水率,两种。,绝对含水率,（简称含水率）即水分重量占,木材绝干重量,百分率,普通木材工业中采取。,相对含水率,是水分重量占,含水试材,重量百分率，在造纸和纸浆工业中比较惯用。,和 分别是试材绝对含水率和相对含水率（,%,）；m是含水试材质量,(g);m,0,是试材绝干质量,(g),。,15/109,水分仪,以上介绍都是直接测定法，其缺点是破坏试材、操作时间长。除此之外，还能够依据含水率与物理量之间关系进行间接测量。,电阻式水分仪,交流介电式水分仪,16/109,电阻式水分仪,最惯用水分仪是,电阻式水分仪,。,它工作原理是测定试材电阻，再经过电阻与含水率之间定量关系将电阻值转换为含水率值。,电阻式水分仪测试含水率范围普通为630%。,在纤维饱和,点以上含水率范围内，电阻伴随含水率改变很小，仪器敏感性下降。,17/109,交流介电式水分仪,交流介电式水分仪：,其工作原理是测定一定频率下木材介电常数或介电损耗正切角，经过介电常数或介电损耗正切角与含水率之间关系得到含水率值。,18/109,6.2.3,木材水分吸着和解吸,平衡含水率,因为木材含有吸放湿特征，当外界温湿度条件发生改变时，木材能对应地从外界吸收水分或向外界释放水分，从而与外界到达一个新水分平衡体系。木材在平衡状态时含水率称为该温湿度条件下平衡含水率。,吸收,是一个表面现象，比如液态水进入木材细胞腔，成为木材中自由水过程。,木材吸着水分过程,是水分子以气态进入细胞壁，与细胞壁主成份上吸着点产生氢键结合过程。,19/109,吸着滞后现象,在相同温湿度条件下，由吸着过程到达木材平衡含水率低于由解吸过程到达平衡含水率，这个现象称为吸着滞后现象。,图6-9 木材水分吸着滞后现象,含,水,率,EMC,解吸,EMC,吸着,时间,20/109,滞后率,吸着到达平衡含水率与解吸到达平衡含水率之间比值称为滞后率，通惯用,A/D,表示。滞后率受树种、温度等原因影响。在常温、相对湿度范围,1090%,条件下滞后率在,0.8,左右。伴随温度升高，滞后率逐步下降。,21/109,6.2.4 木材中水分移动,针叶树材中水分,移动,针叶树材中水分或其它流体路径：,管胞内腔和具缘纹孔对组成毛细管体系，,沿着纤维方向上垂直树脂道，,射线方向上射线管胞内腔和水平树脂道,22/109,阔叶树材中水分 移动,阔叶树材中水分或其它流体移动路径：,导管、管胞、导管状管胞,阔叶树材导管上含有穿孔，所以在纤维方向上水分能够经过穿孔从一个导管进入纵向邻接另一个导管。,23/109,6.2.5 木材干缩湿胀,木材干缩湿胀各向异性,木材干缩湿胀现象及成因,木材干缩性与湿胀性测定,24/109,（,1,）木材干缩湿胀现象,干缩或湿胀,木材干缩湿胀是指木材在绝干状态至纤维饱和点含水率区域内，水分解吸或吸着会使木材细胞壁产生干缩或湿胀现象。,25/109,木材干缩率和湿胀率能够用尺寸（体积）改变与原尺寸（体积）百分率表示：,26/109,（,2,）木材干缩湿胀成因,木材含有干缩性和湿胀性原因：,木材在失水或吸湿时，木材内所含水分向外蒸发，或干木材由空气中吸收水分，使细胞壁内非结晶区相邻纤丝间、微纤丝间和微晶间水层变薄（或消失）而靠拢或变厚而伸展，从而造成细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生改变。,27/109,6.2.5 木材干缩湿胀,木材干缩湿胀各向异性,木材干缩湿胀现象及成因,木材干缩性与湿胀性测定,28/109,（,1,）,木材干缩湿胀各向异性,干缩率差异:轴向干缩率普通为,0.1,0.3%,;,径向干缩率和弦向干缩率范围为,3,6%,和,6,12%,。,三个方向上干缩率以轴向干缩率最小，这个特征确保了木材或木制品作为建筑材料可能性。,29/109,（2）木材干缩湿胀各向异性原因,木材轴向、横向干缩湿胀差异原因,木材干缩湿胀各向异性:由木材结构特点造成;主要取决于次生壁中层(S,2,)微纤丝排列方向。,次生壁中层(S,2,)微纤丝排列方向几乎是与细胞主轴相平行，而微纤丝是由平行排列大分子链所组成基本纤丝组成。,30/109,木材径向、弦向干缩湿胀差异原因,a木射线对径向收缩抑制,b早晚材差异影响,c径向壁和弦向壁中木质素含量差异影响,d径壁、弦壁纹孔数量影响,31/109,6.2.5 木材干缩湿胀,木材干缩湿胀各向异性,木材干缩湿胀现象及成因,木材干缩性与湿胀性测定,32/109,木材干缩性与湿胀性测定,（,1,）试样,试样尺寸为,20mm,20mm,20mm,，详细测量时准确到,0.01mm,，其各向应为标准纵、径或弦向。试样重量称量准确到,0.001g,。,（2）木材干缩率测定,原理,含水率低于纤维饱和点湿木材，其尺寸和体积随含水率降低而缩小。从湿木材到气干或全干时尺寸及体积改变；与原湿材尺寸及体积之比，以表示木材气干或全干时线干缩性及体积干缩性。,33/109,木材线干缩率计算,试样从湿材至全干、气干时，径向和弦向全干缩率、气干干缩率，准确至0.1%。,B,max,、B,w,试样径向或弦向全干干缩率、气干干缩率，；,L,max,试样含水率高于纤维饱和点(即湿材)时径向或弦向尺寸，mm；,L,0,、L,w,试样全干、气干时径向或弦向尺寸，mm。,34/109,（3）木材湿胀率测定,原理,干木材吸湿或吸水后，其尺寸和体积随含水率增高而膨胀。木材全干时尺寸或体积与吸湿至大气相对湿度平衡或吸水至饱和时尺寸或体积之比，表示木材湿胀性。,木材湿胀率计算,木材湿胀率可分为线湿胀率与体积湿胀率。木材湿胀是与干缩相反过程。,35/109,6,.,3,木材电学性质,6.3.1,木材导电性,6.3.2,木材介电性,6.3.3,木材压电效应和界面动电性质,36/109,6.3.1 木材导电性,6.3.1.1 电阻率与电导率,6.3.1.2 木材电导原理,6.3.1.3 影响木材直流电导率原因,37/109,电阻,在一个固体两端施加电压电场，固体中经过电流为，那么该固体电阻为,电阻率,是指单位截面积及单位长度上均匀导线电阻值，是物体固有属性，电阻率越大则材料导电能力越弱。电阻率：,A,为导体截面积（），,l,是电场间导体长度（）。,电导率,是电阻率倒数，电导率越大，则说明材料导电能力越强。,38/109,按照电阻率或电导率大小，全部材料能够划分为,导体,、,半导体,和,绝缘体,（介电体）。,导体,导体是导电能力强材料，电阻率范围普通在10,-8,10,-5,，如金属等；,绝缘体,绝缘体导电能力差，普通电阻率高于108材料能够称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等；,半导体,导电能力介于导体和绝缘体之间称为半导体。,39/109,6.3.1 木材导电性,6.3.1.1 电阻率与电导率,6.3.1.2 木材电导原理,6.3.1.3 影响木材直流电导率原因,40/109,6.3.1.2 木材电导原理,木材导电性弱主要原因,:,木材化学结构组成中不含有导电性良好自由电子。,木材含有微弱导电性原因:,在,木材含量极少灰分（杂质物质）中含有极少许金属离子，这些微量离子在电场作用下会定向移动。,木材极化现象,:,木材中存在离子可分为两类,。,41/109,6.3.1 木材导电性,6.3.1.1 电阻率与电导率,6.3.1.2 木材电导原理,6.3.1.3 影响木材直流电导率原因,42/109,6.3.1.3 影响木材直流电导率原因,（1）含水率,对电导活化能,E,是决定电导主要因子，,E,是由离解能量,U,和迁移能,S,二者来决定。,43/109,（2）温度,金属：电阻率伴随温度升高而增大；,木材：电阻率则随温度升高而变小；,44/109,（3）纹理方向,木材横纹理方向（垂直于纤维方向）电阻率较顺纹理方向电阻率大。,针叶树材横纹理方向电阻率约是顺纹理方向电阻率2.34.5倍；,阔叶树材通常到达2.58.0倍。,45/109,（4）密度、树种和试材部位,密度,普通来说，木材密度大，电阻率大；电导率小。,(但影响效果不显著，甚至对于一些个别树种有相反情况),树种-,电阻率产生差异。其差异大于密度原因影响差异。,（原因：从木材导电机理来分析）,试材部位-,木材中不一样部位电阻率也存在差异。,46/109,6.3.2 木材介电性,交流电,方向和强度按某一频率周期性改变电流称为交流电。交流电按其频率高低，大致可分为低频(含工频)、射频(又称高频)。,木材交流电性质,是泛指木材在各种频率交流电场作用下所展现各种特征，主要包含木材介电性质参数（介电系数、损耗角正切、介质损耗因数等）和交流电阻率（或电导率）改变规律及影响原因。,47/109,6.3.2.1 低频交流电作用下木材电热效应,6.3.2.2 射频下木材极化和介电性,6.3.2.3 木材介电系数,6.3.2.4 木材介电损耗,6.3.2.5 木材介电性在木材工业中应用,48/109,6.3.2.1 低频交流电作用下木材电热效应,在交流电低频区域，木材电学性质与直流电情况下展现一样特征。,比如，在绝干状态下木材电阻极高，伴随含水率增加电阻显著减小，这种改变到纤维饱和点以上时又趋于平缓。,49/109,6.3.2.1 低频交流电作用下木材电热效应,6.3.2.2 射频下木材极化和介电性,6.3.2.3 木材介电系数,6.3.2.4 木材介电损耗,6.3.2.5 木材介电性在木材工业中应用,50/109,6.3.2.2 射频下木材极化和介电性,射频-,是频率很高电磁波，又称高频，其频率范围大约从0.2MHz直至几百甚至几千兆赫。,介电性,是指物质受到电场作用时，组成物质带电粒子只能产生微观上位移而不能进行宏观上迁移性质。,介电体,表现出介电性物质。,51/109,6.3.2.1 低频交流电作用下木材电热效应,6.3.2.2 射频下木材极化和介电性,6.3.2.3 木材介电系数,6.3.2.4 木材介电损耗,6.3.2.5 木材介电性在木材工业中应用,52/109,6.3.2.3 木材介电系数,（,1）介电系数,表征木材在交流电场作用下介质极化强度和介电体存放电荷能力物理参数。,定义：木材介质电容器电容量与同体积尺寸、同几何形状真空电容器电容量之比值。通常取为介质电容,C,与空气电容,C,0,之比。,介电系数值越小，电绝缘性越好。,水介电系数为81，硬质陶瓷介电系数为5.73，云母介电系数为7.17.7。绝干木材介电系数约为2，湿材介电系数大于干材；,木材横纹理方向介电系数小于顺纹理方向。如绝干栎木顺纹介电系数为3.64，横纹介电系数为2.46。,53/109,（2）影响木材介电系数原因,主要包含,木材含水率,、,密度,、,频率,、,树种,、,纹理方向,、,电场方向,等。,含水率影响,在温度和频率不变条件下，木材介电系数随含水率,u,增加而增大。,密度影响,木材介电系数随密度增加而增大。,频率影响,在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率增加而逐步减小。,纹理方向,木材介电系数含有各向异性。,顺纹方向介电系数比横纹方向介电系数大,30%60%，伴随含水率升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大趋势。,54/109,6.3.2.1 低频交流电作用下木材电热效应,6.3.2.2 射频下木材极化和介电性,6.3.2.3 木材介电系数,6.3.2.4 木材介电损耗,6.3.2.5 木材介电性在木材工业中应用,55/109,6.3.2.4 木材介电损耗,木材处于交流电场中，因为偶极子运动时内摩擦阻力等相互间作用，使介质偶极矩取向滞后于外施电场改变，宏观表现为经过介质总电流,I,在相位上滞后于极化电流,Ic,，这么每一周期中有一部分电能被介质吸收发烧，这种现象称为,介质损耗,。,（1）损耗角正切和功率因数,损耗角正切,tg,：,介质在交流电场中每七天期内热消耗能量与充放电所用能量之比，在数值上等于热耗电流,I,R,与充放电电流,I,C,之比。,56/109,功率因数,：每七天期之内有功功率（热消耗功率）与视在功率（等于外施电压与总电流乘积）之比，在数值上等于热耗电流与总电流之比。,（2）,介质损耗因数,（也称介电损耗率）等于介电系数与损耗角正切乘积。,57/109,（3）影响木材介质损耗主要原因,含水率,影响 在相同频率下，木材损耗角正切与含水率,u,关系为：在纤维饱和点以下，随,u,增加而显著增大，不过在纤维饱和点以上，这种改变趋于平缓。,频率,影响,木材介质损耗与频率关系十分复杂。,密度,影响,介质损耗因数与密度,有着显著正相关关系，随,增加线性地增大。,纹理方向,影响,木材损耗角正切和介质损耗因数：,58/109,6.3.2.1 低频交流电作用下木材电热效应,6.3.2.2 射频下木材极化和介电性,6.3.2.3 木材介电系数,6.3.2.4 木材介电损耗,6.3.2.5 木材介电性在木材工业中应用,59/109,6.3.2.5 木材介电性在木材工业中应用,(1)交流介电式水分仪,经过测定木材介电参数并将其转化成含水率方法能够测定木材含水率。,(2)木材及木制品高频热固化胶合工艺,木材在低含水率状态下属于极性介电体，所以当把热固性湿胶黏剂施于木材表面时，因为二者介电性不一样，能够到达选择性加热目标。,60/109,(3)高频干燥技术,高频干燥机理,：是利用湿木材中水分子在高频电场中极化来加紧干燥进程。,61/109,微波干燥机理,；利用分子运动内部加热，而且比高频更靠近水分子介电吸收频率，有利于木材内水分温度提升和排出。,应用方面：,刨花板、纤维板、木塑复合材（WPC）加热聚合、木材弯曲成型加工技术、纤维板定向铺装、木材解冻、防腐和杀虫处理等方面得以应用。,62/109,6.3.3 木材压电效应和界面动电性质,6.3.3.1 压电效应,6.3.3.2 界面动电性质,63/109,6.3.3.1 压电效应,含有晶体结构电介质在压力或机械振动等作用下应变也能引发电荷定向集聚（极化）从而产生电场，这种由力学变形而引发介质极化,称为压电效应,。,64/109,6.3.3.2 界面动电性质,在纤维素和木材中，其高分子内含有活性羟基，当木材微细粉末分散于水中时，因为选择性地吸着羟基离子，所以粒子相对于水带有了负电荷，,这种现象称为界面动电性,，此时界面上产生电位,就是-电位,。,65/109,6.4,木材热学性质,用,比热、导热系数、导温系数,等热物理参数来综合表征。这些热物理参数，在木材加工热处理（如原木解冻、木段蒸煮、木材干燥、人造板板坯加热预处理等）中，是主要工艺参数；在建筑部门进行隔热、保温设计时，是不可缺乏数据指标。,66/109,6.4.1 木材比热和热容量,6.4.2 木材导热系数,6.4.3 木材导温系数,6.4.4 木材蓄热系数,6.4.5 木材热膨胀与热收缩,6.4.6 热对木材性质影响,6.4.7 木材热物理参数测量,67/109,6.4.1 木材比热和热容量,热容量,:,热容量系数,:,1,、,0,为温度,比热:,为单位量某种物质温度改变1所吸收或放出热量。,68/109,6.4.2 木材导热系数,导热系数表征物体传递热量能力。,导热系数（,）,：以在物体两个平行相对面之间距离为单位，温度差恒定为1时，单位时间内经过单位面积热量。,单位为W/(mK)。,传导热量Q：,A,为垂直于热流方向面积(m,2,)；,t,为时间(h)；,1,和,2,分别为低温面和高温面温度()；,d,为两面间距离。,69/109,影响木材导热系数主要因子：,(1)木材密度影响,木材导热系数伴随木材密度增加大致成百分比地增加。,在室温、气干含水率条件下木材密度对导热系数影响,（自刘一星，1994）,热流方向为弦向；热流方向为径向,70/109,(2)含水率影响,伴随木材含水率增加，木材导热系数增大。,(3)温度影响,导热系数随温度升高而增大。,(4)热流方向影响,同树种木材顺纹方向导热系数显著大于横纹方向导热系数。,径向导热系数大于弦向，平均约相差12.7%。,71/109,6.4.3 木材导温系数,导温系数又称热扩散率（,）。,是表征材料(如木材)在冷却或加热非稳定状态过程中，各点温度快速趋于一致能力(即各点到达同一温度速度)。,导温系数(m,2,/s)；,导热系数W/(mK)；,C,比热kJ/(kgK)；,密度(kg/m,3,)；,C,体积热容量kJ/(m,3,K)。,72/109,木材导温系数影响因子,：密度、含水率、温度和热流方向,（1）木材密度影响,（2）含水率影响,73/109,（3）温度影响,温度对导温系数影响幅度较小；在正温度(0100)下，绝干木材导温系数随温度上升而略有降低。,（4）热流方向影响,热流方向对木材导温系数影响与它对导热系数影响方式相同。,74/109,6.4.4 木材蓄热系数,蓄热系数（,S,），是表征在周期性外施热作用下，材料储蓄热量能力热物理参数。,kJ/(m,2,hK),75/109,6.4.5 木材热膨胀与热收缩,热膨胀,：固体尺寸随温度升高而增大现象。,线热膨胀系数,和体积热膨胀系数,：,木材热膨胀系数很小，普通可忽略其热膨胀效应。不过，当木材内部有温度梯度时，会因热膨胀产生内部应力可能造成木材变形。,76/109,6.4.6 热对木材性质影响,木材在受热条件下，吸湿性降低（因为吸湿性较强多糖类热分解所致），弹性模量提升；如继续延长热处理时间，就会造成木材化学成份热分解，造成木材力学性质降低。,长久蒸煮处理可造成木材弹性模量减小、各种力学强度下降，尤其是对冲击韧性影响显著，其主要原因是长久蒸煮过程中半纤维素过分降解和脱出。,适当温度、时间条件下水煮或汽蒸处理，能够起到释放内部应力、降低吸湿性、固定木材变形作用。,77/109,6,.,5,木材声学性质,木材声学性质，包含木材,振动特征、传声特征、空间声学性质,(,吸收、反射、透射,),、乐器声学性能品质,等与声波相关固体材料特征。,78/109,6,.,5,木材声学性质,6.5.1 木材振动特征,6.5.2 木材传声特征,6.5.3 木材声学性能品质评价简述,6.5.4 木材声传输、声共振与,材质无损检测,79/109,6.5.1 木材振动特征,共振,是指物质在强度相同而周期改变外力作用下，能够在特定频率下振幅急剧增大并得到最大振幅现象。,共振现象对应频率称为,共振频率或固有频率,。,阻尼自由振动：,80/109,6.5.1 木材振动特征,6.5.1.1 木材三种基本振动方式与共振频率,6.5.1.2 木材声辐射性能和内摩擦衰减,6.5.1.3 木材声阻抗(特征阻抗),81/109,6.5.1.1 木材三种基本振动方式与共振频率,振动方式：纵向振动、横向振 动(弯曲振动)和扭转振动。,(1)纵向振动,纵向振动是振动单元(质点)位移方向与由此位移产生介质内应力方向相平行振动。,长度方向声速,v：,基本共振频率,fr：,木棒长度为,L,，密度为,，弹性横量为,E,82/109,(2)横向振动,横向振动：,振动元素位移方向和引发应力方向相互垂直运动。（木结构和乐器上使用）,横向振动包含弯曲运动。,木棒横向振动共振频率影响原因：,木材试样几何形状、尺寸和声速，振动运动受到抑制方式相关。,83/109,(3)扭转振动,扭转振动：,振动元素位移方向围绕试件长轴进行回转，如此往复周期性扭转振动。,试件基本共振频率,fr,取决于该外加质量惯性矩,I,、试件尺寸和刚性模量,G,式中：,r,为圆截面试件半径；,L,为试件长度。,84/109,6.5.1 木材振动特征,6.5.1.1 木材三种基本振动方式与共振频率,6.5.1.2 木材声辐射性能和内摩擦衰减,6.5.1.3 木材声阻抗(特征阻抗),85/109,6.5.1.2 木材声辐射性能和内摩擦衰减,木材,声辐射品质常数、木材(内摩擦)对数衰减率,(或损耗角正切),和声阻抗,等声学性质参数。,声辐射阻尼系数,R：,木材及其制品声幅射能力，即向周围空气辐射声功率大小，与传声速度成正比，与密度,成反比。,86/109,6.5.1 木材振动特征,6.5.1.1 木材三种基本振动方式与共振频率,6.5.1.2 木材声辐射性能和内摩擦衰减,6.5.1.3 木材声阻抗(特征阻抗),87/109,6.5.1.3 木材声阻抗(特征阻抗),木材,声阻抗,：,木材密度,与木材声速,v,乘积,木材含有较小声阻抗和非常高声辐射常数，它是一个在声辐射方面含有优良特征材料。,88/109,6.5.2 木材传声特征,木材传声特征主要指标为,声速,v,。,密度,为一定值，则顺纹传声速度,v,与横纹传声速,v,之比，与它们各对应方向上弹性横量之间关系：,89/109,表4-14 木材顺纹及横纹方向动弹性模量和传声速度,树种,平均密度/gcm,-3,平均动弹性模量E,d,/CPa,平均传声速度v/ms,-1,v,/,v,顺纹,横纹,顺纹,横纹,鱼鳞云杉,0.450,11.55,0.26,5298,783,6.7,红松,0.404,10.09,0.27,4919,818,6.0,槭木,0.637,12.66,1.23,4422,1368,3.2,水曲柳,0.585,1243,1.61,4638,1642,2.8,椴木,0.414,12.21,0.61,5370,1360,3.9,90/109,木材含有优良声共振性和振动频谱特征声学性能品质好,对共鸣板材料声学性能品质评价，可归纳为三个大方面：,对振动效率评价；,相关音色振动性能品质评价；,对发音效果稳定性评价。,91/109,对共鸣板材料声学性能品质评价，可归纳为三个大方面：,对振动效率评价；,相关音色振动性能品质评价；,对发音效果稳定性评价。,6.5.3 木材声学性能品质评价简述,92/109,6.5.3 木材声学性能品质评价简述,6.5.3.1 对振动效率品质评价,6.5.3.2 相关音色振动性能品质评价,6.5.3.3 对发音效果稳定性评价与改良,93/109,94/109,6.5.3.1 对振动效率品质评价,选取声辐射品质常数较高(R1200)、内摩擦损耗小木材。,原因：,振动效率要求音板应该能把从弦振动所取得能量，大部分转变为声能辐射到空气中去，而损耗于音板材料内摩擦等原因能量应尽可能小，使发出声音含有较大音量和足够持久性。,评价(与振动效率相关)木材,声学性能品质物理量,主要有：,声辐射阻尼(声辐射品质常数)、比动态弹性模量E/、损耗角正切tg、声阻抗以及tan/E,等。,纤丝角,小者有利于其木材振动声能转换效率提升；木材主要成份纤维素结晶度适量增大有利于其木材声学振动效率提升。,对,生长轮宽度,要求为：在2cm间隔内，生长轮宽度偏差不宜超出0.5mm；在整块面板上，最宽和最窄生长轮宽度差，不宜超出12mm,95/109,6.5.3.1 对振动效率品质评价,选取声辐射品质常数较高(R1200)、内摩擦损耗小木材。,评价(与振动效率相关)木材,声学性能品质物理量,主要有：,声辐射阻尼、比动态弹性模量E/、损耗角正切tg、声阻抗以及tan/E,等。,96/109,6.5.3 木材声学性能品质评价简述,6.5.3.1 对振动效率品质评价,6.5.3.2 相关音色振动性能品质评价,6.5.3.3 对发音效果稳定性评价与改良,97/109,6.5.3.2 相关音色振动性能品质评价,用振动,频谱特征,评价：,云杉木材频谱特征，显著优于金属材料，使用该材料制作音板能在工作频率范围内比较均匀地放大各种频率乐音。,云杉频谱特征“包络线”含有呈“1/f”分布特征,赔偿了人耳“等响度曲线”对高音过于敏锐，对低音听觉迟钝不足。,可用动弹性模量,E,与动态刚性模量,G,之比,E,/,G,这个参数来表示频谱特征曲线“包络线”特征，,E,/,G,值高者，其音色效果好。,云杉属木材结晶度提升和纤丝角减小有利于,E,/,G,参数提升。,98/109,6.5.3 木材声学性能品质评价简述,6.5.3.1 对振动效率品质评价,6.5.3.2 相关音色振动性能品质评价,6.5.3.3 对发音效果稳定性评价与改良,99/109,6.5.3.3 对发音效果稳定性评价与改良,主要影响因子：,抗吸湿能力和尺寸稳定性,。,原因：,空气湿度改变会引发木材含水率改变，引发木材声学性质参数改变而造成乐器发音效果不稳定；尤其是假如木材含水率过分增高，会因动弹性模量下降、损耗角正切增大，以及尺寸改变产生内应力等原因造成乐器音量降低，音色也受到严重影响。,采取甲醛化处理和水杨醇处理、水杨醇甲醛化等方法处理木材能提升发音稳定性和声学性能品质。,100/109,6.5.4 木材声传输、声共振与材质无损检测,超声波检测原理：,木材中纵波传递速度和弯曲振动共振频率，均与木材动弹性模量含有明确函数关系。通常采取脉冲式超声波。,超声传输速度,v,与密度,及超声弹性模量,E,之间关系为,v,=（,Eu,/,）,1/2,。,101/109,振动法(共振法)检测：,基于木材共振频率与弹性模量含有数学关系原理进行。振动测量得到动弹性模量,E,与抗弯强度正相关。,冲击应力波检测：,基于纵波(或表面波)振动原理进行工作。,FFT分析无损检测：,利用了FFT(快速傅里叶变换)分析仪和电子计算机，拾取受敲击后木材试件振动信号进行瞬态频谱分析，算出试件弹性模量,E,和刚性模量,G,。,102/109,6,.,6,木材光学性质,6.6.1 木材颜色,6.6.2 木材光泽,6.6.3 木材光致发光现象(冷光现象),6.6.4 木材双折射,103/109,6.6.1 木材颜色,颜色三属性：,明度、色调、饱和度,明度,表示人眼对物体明暗度感觉；,色调(,色相)表示区分颜色类别、品种感觉(如红、橙、黄、绿等)；,饱和度,表示颜色纯洁程度和浓淡程度。,104/109,木材光致变色,：木材表面颜色在日光中紫外线作用下随时间延长而发生越来越显著改变。,大致可分为以下几个：,色调改变：木材改变了其原有颜色特点；,褪色：逐步失去了木材原有鲜艳色泽，色饱和度大为降低；,表面暗化：表面颜色变为暗淡深色；,非均匀变色：材表显露出不均匀色斑。,这些颜色改变影响了木制品和室内装饰材质量和耐久性。,105/109,6.6.2 木材光泽,木材光泽，它来自木材表面对光反射作用。,表面光泽度,(%)：即反射光强度占入射强度百分率来定量材料表面光泽强弱程度。,横切面没有光泽；,弦切面稍现光泽；,径切面含有很好光泽（因为富有光泽性木材线组织反射作用）。,木材表面光泽度含有各向异性,。平行于纹理方向反射光泽度大于垂直于纹理方向反射光泽度。,106/109,6.6.3木材光致发光现象(冷光现象),光致发光现象：,当物质受到外来光线照射时，并非因温度升高而发射可见光现象。,木材,光致发光现象：木材水抽提液或木材表面在紫外光辐射作用下，能够发出可见光。,107/109,6.6.4 木材双折射,双折射系指射入一些晶体光线被分裂为两束，沿不一样方向折射现象。,当光线入射到细胞壁上时，在不一样方向折射率也不相同，从而产生双折射现象。,108/109,本章结束,109/109,
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