Геометрические аспекты моделирования прочности древесностружечной плиты при растяжении перпендикулярно пласти
Автор: Васильев Сергей Борисович, Панов Николай Геннадьевич, Доспехова Наталья Анатольевна, Колесников Геннадий Николаевич
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Рубрика: Полная статья
Статья в выпуске: 2 т.18, 2021 года.
Бесплатный доступ
Древесно-стружечные плиты получают способами горячего прессования смеси древесных частиц со связующим. Полимеризация связующего при горячем прессовании обеспечивает прочность клеевых соединений древесных частиц друг с другом. Размер и форма древесных частиц являются основными факторами, влияющими на прочность плит. Ранее проведённые экспериментальные исследования показали, что увеличение доли мелких древесных частиц ведет к повышению прочности плиты. В работе приводятся результаты теоретического исследования, влияния формы и размеров древесных частиц на прочность плит при растяжении перпендикулярно пласти. При разработке математической модели принято во внимание, что силовое взаимодействие частиц друг с другом осуществляется в отдельных локальных областях на поверхности частиц. Поэтому в качестве количественной характеристики прочности принято количество адгезионных контактов частиц друг с другом. Разработанная математическая модель позволила получить оценку влияния размеров и формы частицы на удельное количество адгезионных контактов, приходящихся на единицу площади поверхности разрушения. Кроме того, получена оценка количества адгезионных контактов для смеси древесных частиц неодинаковых размеров и формы. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования прочности плит в зависимости от соотношения размеров и формы древесных частиц, использовавшихся для их изготовления. Это позволяет обосновать использование низкокачественной древесины в качестве сырья для изготовления древесно-стружечных плит. Адекватность результатов исследования подтверждена их согласованностью с экспериментальными данными авторов, а также с известными по литературе результатами.
Плита древесностружечная, прочность, древесные частицы, моделирование взаимодействия
Короткий адрес: https://sciup.org/147234591
IDR: 147234591 | УДК: 674.8 | DOI: 10.15393/j2.art.2021.5563
Geometric aspects of simulation of chipboard tensile strength perpendicular to the formation
Chipboards are manufactured by hot pressing a mixture of crushed wooden particles with a polymer binder. Polymerization of the binder during hot pressing ensures the strength of the adhesive joints of wooden particles with each other. The size and shape of wooden particles are the main factors affecting the strength of boards. Previous experimental studies have shown that an increase in the proportion of small wooden particles leads to an increase in the strength of the board. The paper presents the result of a theoretical study of the influence of wooden particles shape and size on the tensile strength of a chipboard perpendicular to its face. When developing the mathematical simulation, it is taken into account that the force interaction of particles with each other is carried out in separate local regions on the surface of the particles. (The developed mathematical simulation takes into account the force interaction of particles with each other that occurs in separate local regions on the surface of the particles.) Therefore, the number of adhesive contacts of particles with each other is taken as a quantitative characteristic of strength. The developed mathematical simulation (This simulation) allowed the authors to estimate the effect of particle size and shape on the specific number of adhesive contacts per unit area of the break surface. In addition, an estimate of the number of adhesive contacts for a mixture of wooden particles of different sizes and shapes was obtained. The obtained results may be used to predict the strength of boards depending on the ratio of the size and shape of wood particles used for their manufacture. This allows us to justify the use of low-quality wood as a raw material for chipboards manufacture. The research results are in good agreement with the authors’ experimental results as well as with the results known in the literature.
Список литературы Геометрические аспекты моделирования прочности древесностружечной плиты при растяжении перпендикулярно пласти
- Nitu I. P., Islam M. N., Ashaduzzaman M., Amin M. K., Shams M. I. Optimization of processing parameters for the manufacturing of jute stick binderless particleboard // Journal of Wood Science. 2020. Vol. 66, no. 1. P. 1—9. https://doi.org/10.1186/s10086-020-01913-z.
- Koç Y. Parametric Optimization of an ORC in a Wood Chipboard Production Facility to Recover Waste Heat Produced from the Drying and Steam Production Process // Energies. 2019. Vol. 12, no. 19. P. 3656. https://doi.org/10.3390/en12193656.
- Rudawska A., Stancekovâ D., Müller M., Vitenko T., Iasnii V. The Strength of the Adhesive Joints of the Medium-Density Fireboards and Particle Boards with the PVC Film // Advances in Science and Technology. Research Journal. 2020. Vol. 14, no. 1. P. 58—68. DOI: https://doi.org/10.12913/22998624/113612.
- Ohijeagbon IO., Adeleke A. A., Mustapha V. T., Olorunmaiye J. A., Okokpujie I. P., Ikubanni P. P. Development and Characterization of Wood-Polypropylene Plastic-Cement Composite Board // Case Studies in Construction Materials. 2020. Vol. 13, no. e00365. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2020.e00365.
- André N., Young T. M. Real-time process modeling of particleboard manufacture using variable selection and regression methods ensemble // European Journal of Wood and Wood Products. 2013. Vol. 71, no. 3. P. 361—370. DOI 10.1007/s00107-013-0689-0.
- Ferrandez-VillenaM., Ferrandez-Garcia C. E., Garcia-Ortuno T., Ferrandez-Garcia A., Ferrandez-Garcia M. T.The Influence of Processing and Particle Size on Binderless Particleboards Made from Arundo donax L. Rhizome // Polymers. 2020. Vol. 12, no. 3. P. 696. https://doi.org/10.3390/polym12030696.
- Srichan S., Raongjant W. Characteristics of particleboard manufactured from bamboo shoot sheaths // E3S Web of Conferences. EDP Sciences. 2020. Vol. 187. P. 03011. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202018703011.
- Khaled T. S. Hassan, Ibrahim E. A. Kherallah, Ahmed A. A. Settway, Heba M. Abdallah. Physical and Mechanical Properties of Particleboard Produced from Some Timber Trees Irrigated with Treated Wastewater // Alexandria Science Exchange Journal. 2020. Vol. 41. P. 77—83. DOI: 10.21608/asejaiqjsae.2020.77058.
- Leonovich A. A., Kovrizhnykh L. P., Korneev V. I., Bodoyavlenskaya G. A., Medvedeva I. N. Silicon dioxide sol as a component of urea-formaldehyde adhesive // Russian journal of applied chemistry. 2002. Vol. 75, no. 8. P. 1336—1338. https://doi.org/10.1023/A:1020981532085.
- Akinyemi B. A., Olamide O., Oluwasogo D. Formaldehyde free particleboards from wood chip wastes using glutaraldehyde modified cassava starch as binder // Case Studies in Construction Materials. 2019. Vol. 11, no. e00236. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2019.e00236.
- Alao P., TobiasM., Kallakas H., Poltimde T., Kers J., Goljandin D. Development of hemp hurd particleboards from formaldehyde-free resins // Agronomy Research. 2020. Vol. 18, no. S1. P. 679—688. https://doi.org/10.15159/AR.20.127.
- EN 319. Particleboards and fibreboards — Determination of tensile strength perpendicular to the plane of the board.
- Чубинский А. Н., Варанкина Г. С. Формирование низкотоксичных древесностружечных плит с использованием модифицированных клеев // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2013. № 6. С. 67—72.
- Леонович А. А., Свиридо Е. А., Захаров С. С. Использование гидроксиэтилидендифосфо-новой кислоты для снижения горючести древесностружечных плит // Системы. Методы. Технологии. 2019. № 3 (43). С. 111—115. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41284604.
- Иванов Д. В., Леонович А. А., Мазур А. С. О механизмах действия и способах оценки эффективности акцепторов формальдегида в древесных плитах // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. № 222. С. 263—275.
- Altuhafi F., O'sullivan C., Cavarretta I. Analysis of an image-based method to quantify the size and shape of sand particles // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2013. Т. 139, no. 8. С. 1290—1307. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000855.
- Yang J., Luo X. D. Exploring the relationship between critical state and particle shape for granular materials // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2015. Т. 84. С. 196—213. https://doi.org/10.1016/jjmps.2015.08.001.
- Cosereanu C. N., Brenci L. M. N., Zeleniuc O. I., Fotin A. N. Effect of particle size and geometry on the performance of single-layer and three-layer particleboard made from sunflower seed husks // BioResources. 2015. Vol. 10, no. 1. P. 1127—1136.
- Svoboda R. Kinetic analysis of particle-size based complex kinetic processes // Journal of Non-Crystalline Solids. 2020. Vol. 533, no. 119903. https://doi.org/10.1016/jjnoncrysol.2020.119903.
- Базаров С. М., Чубинский А. Н., Бачериков И. В., Базаров Ф. Р., Говядин И. К. Элементы основ механики древесной среды // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2020. № 231. С. 141—150.
- Veigel S., Rathke J., WeiglM., Gindl-Altmutter W. Particle board and oriented strand board prepared with nanocellulose-reinforced adhesive // Journal of Nanomaterials. 2012. Vol. 2012, no. 158503. https://doi.org/10.1155/2012/158503.
- Trache D., Tarchoun A. F., Derradji M., Hamidon T. S., Masruchin N., Brosse N., Hussin M. H. Nanocellulose: from fundamentals to advanced applications // Frontiers in Chemistry. 2020. Vol. 8, no. 392. DOI: 10.3389/fchem.2020.00392.
- Panov N. G., Pitukhin A. V., Vasilyev S. B. Properties of Particleboards Manufactured from Low-Grade Wood by Using a Shungite Modified Binder // Materials Science Forum. 2019. Vol. 945. P. 453—458. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.945.453.
- Panov N. G., Vasilyev S. B., Kolesnikov G. N. Influence of shungite modificator on technological properties of polymeric glue based on urea-formaldehyde resin // Materials Science Forum. 2020. Vol. 992. P. 434—438. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.992.434.
