Розділ «3. ЗАКОНОМІРНОСТІ СУШІННЯ КРУГЛИХ СОРТИМЕНТІВ»

Рис. 3.6. Фрагмент лістингу програми розрахунку внутрішніх напружень

За допомогою програми обчислюється залежність внутрішніх напружень від окремих технологічних факторів сортименту: обраної відстані від поверхні, де розраховуються напруження; коефіцієнтів всихання; модуля пружності в тангенціальному напрямку та перепаду вологості між центром та поверхнею.

3.3. Реалізація моделі сушіння круглих сортиментів

Для побудови цифрової моделі залежності внутрішніх напружень в деревині від окремих технологічних факторів була розроблена програма для ПК, в якій використані залежності радіальних - аг тангенціальних - ав внутрішніх напружень, що виникають під час сушіння деревини від таких факторів як: радіус сортименту - Я; відстань від центру сортименту до точки напруження - г; радіальний і тангенціальний модулі пружності - Ег, Ед. порода сортименту; вологість у середині сортименту - ¥ц, вологість на поверхні сортименту - ¥п. Розрахунок тангенціальних і радіальних внутрішніх напружень, що виникають протягом сушіння деревини, проводився за формулами (3.23, 3.24) отриманими шляхом перетворення і коригування відомих залежностей (3.18), що включають наступні параметри: Ое, аг - внутрішні напруження в тангенціальному і радіальному напрямках, МПа; Ед - модуль пружності в тангенціальному напрямку, МПа; ¥ч, ¥п -вологість у центрі і на поверхні сортименту, %; ¥мн - вологість межі насичення, %; Я, г - радіус сортименту і відстань від центру сортименту до точки, де визначаються напруження, м; Кд , Кг - коефіцієнти всихання в тангенціальному і радіальному напрямках.

На рис.3.7. наведено блок-схему розрахунку напружень у круглих сортиментах [165, 166, 167].

Рис. 3.7. Блок-схема розрахунку внутрішніх напружень у круглих сортиментах

Програмне забезпечення розроблене на алгоритмічній мові Turbo Pascal. На рис. 3.8 наведено інтерфейс програми імітаційного моделювання розрахунку внутрішніх напружень.

Рис. 3.8. Інтерфейс програми імітаційного моделювання внутрішніх напружень

Для розрахунку напружень спочатку вводяться вихідні параметри сортименту: Я, Ед, Кд, Кг, г, ¥ц, ¥п, потім виконуються розрахунки значень внутрішніх напружень аг та ав, Після чого на дисплей ПК виводяться значення тангенціальних і радіальних внутрішніх напружень ав, аг із зазначенням допустимих відхилень від граничних значень.

Імітаційне моделювання залежностей здійснюється таким чином. По черзі вводяться значення досліджуваних факторів, а саме радіус сортименту, Я, відстань від центру до точки, в якій буде розрахована величина напружень, г, вологість у центрі ¥ч і на поверхні ¥п матеріалу. Далі програма робить обчислення за алгоритмом, наведеним на блок-схемі (рис. 3.5), і виводить результати розрахунків на дисплей. Для отримання наступних значень ав і аг необхідно ввести нові значення досліджуваних факторів.

Шляхом імітаційного моделювання були обчислені залежності внутрішніх напружень від різних факторів. На рис. 3.9 наведено залежності ад та аг в деревині від відстані точки розрахунку напруження до центру сортименту. Вони отримані для таких фіксованих значень: радіус сортименту Я = 0,14 м; порода сортименту - сосна; вологість у центрі сортименту ¥ц = 30 %; вологість на поверхні сортименту ¥п = 14 %.

Рис. 3.9. Залежності внутрішніх напружень ав та аг у круглому сортименті від відстані точки напруження до центру сортименту

Наведені криві показують значну нелінійну залежність внутрішніх напружень ав і ог в деревині при наближенні до центру сортименту, починаючи, приблизно з відстані 0,04 м від центру. На поверхні сортименту характер залежностей ав і аг змінює знак на протилежний.

Видно, що за такого великого перепаду вологості за перетином, А¥ = 16 %, - розтягуючи тангенціальні напруження майже у два рази більші за межу міцності на розтяг поперек волокон сосни звичайної - 2,4-3,4 МПа [79, 153]. Отже, за цих умов виникнення внутрішніх тріщин є очевидним.

На рис. 3.10 візуалізовано залежності внутрішніх напружень ав та аг від вологості на поверхні сортименту (рис. 3.10). Для розрахунку були обрані крайні розміри для середньої розмірної групи діаметрів ( Я1=0,07 м, Я2= 0,14 м) круглих лісоматеріалів. Вологість в центрі сортименту прийнята рівною ¥ц=30 %. Коефіцієнти всихання, згідно результатів експериментальних досліджень, дорівнювали - в тангенціальному напрямку Кв = 0,3 , в радіальному напрямку - Кг = 0,19 .

Рис. 3.10. Залежності внутрішніх напружень ав та аг у круглому сортименті від перепаду вологості А¥ по перетину сортименту радіусу

Я=0,07 м та Я=0,14 м

З розрахунків простежується значний вплив перепаду вологості по перерізу зразка А¥ = Шц - Шп на величину тангенціальних напружень ов. Видно, що тангенціальні напруження лінійно зростають у разі збільшення перепаду вологості за перетином, а їхня величина залежить від радіусу сортименту, збільшуючись майже у 3-5 разів при збільшенні вдвічі діаметру сортименту. Якщо проводити процес сушіння за такого перепаду вологості, то виникаючі за цих умов розтягуючі тангенціальні напруження ов викличуть появу поверхневих тріщин. Вплив А¥ на радіальні напруження аг є набагато меншим.

Наведені результати, отримані шляхом моделювання процесу сушіння на ПК, показують можливість використання розробленого програмного забезпечення для дослідження процесу сушіння деревини та застосування в системах автоматики для прогнозованого управління процесом сушіння з метою зменшення розвитку в ній сушильних напружень.

Вплив перепаду вологості за перетином та радіусу сортименту на величину внутрішніх напружень в круглих сортиментах було досліджено шляхом проведення повнофакторного експерименту. Рівні та інтервали варіювання факторів обрані з урахуванням отриманих результатів цифрового моделювання (рис. 3.9 і 3.10) на лінійних ділянках залежностей. Це дозволяє спростити вибір рівнів варіювання для отримання моделі за різних значеннях факторів. Достовірність результатів забезпечується тим, що отримані математичні рівняння шляхом використання математичного апарату планування експерименту, являють собою перетворення отриманих раніше залежностей. Значення рівнів і інтервалів варіювання факторів наведені в табл. 3.1, матриця планування - в табл. 3.2.