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基于Adams的多输出头操作臂耦合工作台系统运动学仿真分析

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武汉大学学报（工学版） 2024年第7期57卷 979-987页

作者：胡喜雷张长青于航杨光中国林业科学研究院林业新技术研究所北京100091 国家林业和草原局北京林业机械研究所北京100029

为设计能够和木工数控加工中心操作臂进行耦合运动的工作台,在木工数控加工中心工作台上实现木工件的装夹以及数控加工,结合现有木工数控加工中心操作臂的结构参数以及大型柱状和面板状木构件开放式加工的实际要求,通过SOLIDWORKS三维... 详细信息

为设计能够和木工数控加工中心操作臂进行耦合运动的工作台,在木工数控加工中心工作台上实现木工件的装夹以及数控加工,结合现有木工数控加工中心操作臂的结构参数以及大型柱状和面板状木构件开放式加工的实际要求,通过SOLIDWORKS三维设计软件对木工数控加工中心工作台进行了结构设计,根据实际木工件的尺寸、重量和运动要求对驱动电机进行选型,根据改进D-H(Denavit-Hertenberg)法将木工数控加工中心工作台和操作臂运动学模型简化为2个运动学支链,对其进行运动学分析并基于解析法求出运动学逆解,通过SOLIDWORKS和Adams建立联合虚拟仿真模型对木工数控加工中心工作台和操作臂进行仿真分析,最终设计了能够沿X和Y方向移动的工作台以及绕A轴转动的悬臂梁式工件装夹平台,研制了弧形导轨滑动组件以抵消悬臂梁的挠性变形。SOLIDWORKS仿真结果表明,木工数控加工中心工作台可以按照预定设计方案进行运动,和机械臂联动实现对木工件的加工。通过Adams虚拟仿真得到各部件位移、速度和加速度的运动曲线,结果表明,工作台的速度在0~0.6 m/s之间,角速度在0~1.7977 rad/s之间,加速度和角加速度的最大值分别为0.83 m/s 2和1.5708 rad/s 2,且连续无突变。仿真结果表明,电机选型合理,能够满足转速和转矩要求,木工数控加工中心工作台能够和操作臂耦合运动进而实现对木工件加工。

关键词：工作台设计运动学分析 Adams仿真电机选型

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楸木不同类型组织的湿胀-干缩行为

林业科学 2024年第7期60卷 105-116页

作者：殷方宇都亚敏李珠蒋佳荔中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091

[目的]实时、同步测量楸木早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率,揭示早材和晚材不同类型组织的尺寸变化规律及其相互作用机理。[方法]以楸木心材同一生长轮内的早材和晚材为研究对象,采用动态... 详细信息

[目的]实时、同步测量楸木早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率,揭示早材和晚材不同类型组织的尺寸变化规律及其相互作用机理。[方法]以楸木心材同一生长轮内的早材和晚材为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用视频白光显微镜,在水分吸着-解吸阶段[温度设置为(25.0±0.1)℃,相对湿度变化过程设置为0%→95%→0%,以相对湿度10%为梯度进行升湿、降湿],同步测量早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率;在平衡含水率恒定阶段,考察“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间是否存在滞后现象。[结果]1)在水分吸附全过程中,早材和晚材均表现出明显的吸湿滞后现象,绝对滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值;与早材相比,晚材的绝对滞后值较小。2)早材和晚材木纤维组织、木射线尺寸的变化比率均随相对湿度升高而增大;导管弦向直径变化比率随相对湿度的变化模式与之相反,在相对湿度95%时,早材和晚材导管弦向直径的变化比率分别为0.945和0.918。3)随着木射线与导管之间直线长度(L)增加,木射线弦向尺寸的变化比率减小,L≥200μm后不再发生变化;轴向尺寸的变化比率未改变或改变很小,在相对湿度95%时,早材和晚材木射线弦向尺寸变化比率的最大值分别为1.051和1.038。(4)在水分吸附循环过程中,早材和晚材木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率均表现出明显的湿胀滞后现象,湿胀滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值。(5)在水分吸着-解吸过程中,早材和晚材组织“刚达到含水率平衡态”的尺寸变化比率与“保持含水率平衡态180 min”后的尺寸变化比率相比未发生明显变化,可被认为是相等的。[结论]木质素对绝对滞后值的影响大于半纤维素;在水分吸着过程中,木纤维组织和木射线的湿胀行为对导管产生挤压使其收缩;在水分解吸过程中,木纤维组织的干缩行为对导管产生拉伸使其扩张;晚材组织对导管的挤压和拉伸大于早材组织;木纤维组织对木射线的湿胀-干缩行为起抑制作用,相较于早材木纤维组织,晚材木纤维组织对木射线弦向湿胀-干缩行为的抑制作用更显著;木材吸湿滞后行为是引起湿胀滞后现象的原因之一;早材和晚材组织均可视为同步达到“含水率平衡态”和“尺寸变化平衡态”,即“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间不存在滞后现象。

关键词：楸木早材组织晚材组织湿胀-干缩滞后

水热环境中马尾松早材和晚材的轴向拉伸力学行为

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林业科学 2024年第8期60卷 184-192页

作者：李媛李珠都亚敏蒋佳荔中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091

【目的】探究水热环境中马尾松早材(EW)和晚材(LW)的轴向拉伸力学行为,在生长轮尺度上揭示木材软化行为发生规律,为木材弯曲、塑化、大变形加工等实际应用中工艺参数的选择和优化提供参考。【方法】以马尾松心材区域第17生长轮的早材和... 详细信息

【目的】探究水热环境中马尾松早材(EW)和晚材(LW)的轴向拉伸力学行为,在生长轮尺度上揭示木材软化行为发生规律,为木材弯曲、塑化、大变形加工等实际应用中工艺参数的选择和优化提供参考。【方法】以马尾松心材区域第17生长轮的早材和晚材为研究对象,采用X射线剖面密度仪测定早材和晚材的绝干密度;利用轮转式切片机在早材和晚材区域的径切面(LR)制取LR-EW和LR-LW组织切片,在早材与晚材区域的弦切面(LT)制取LT-EW和LT-LW组织切片;应用X射线衍射仪和动态力学分析仪在30、40、50、60、70和80℃条件下测定LREW、LR-LW、LT-EW和LT-LW组织切片的微纤丝角、拉伸弹性模量、拉伸强度和拉伸应变速率。【结果】1)晚材的绝干密度(0.836 g·cm^(3))是早材(0.388 g·cm^(3))的2.2倍。任一温度时,早材的微纤丝角大于晚材,弦切面的微纤丝角大于径切面;饱水早材和晚材在径切面或弦切面的微纤丝角均随温度升高而减小。2)30℃时,晚材径切面的拉伸弹性模量是早材的2.1倍,晚材弦切面的拉伸弹性模量是早材的3.3倍。在4种组织切片中,LT-LW的拉伸强度最大,LR-LW的拉伸强度是LR-EW的2.0倍。绝干密度和微纤丝角是影响早材和晚材径切面、弦切面拉伸力学行为的2个关键因子。3)当温度由30℃升至80℃时,早材和晚材在径切面、弦切面的拉伸弹性模量和拉伸强度呈降低趋势,其降幅均为早材大于晚材、弦切面大于径切面。早材和晚材在径切面或弦切面拉伸弹性模量和拉伸强度降幅的拐点温度均为60℃,与木材细胞壁中木质素发生软化有关。4)任一加载速率(0.5、1.0和2.0 N·min^(−1))时,饱水早材和晚材在径切面、弦切面的拉伸应变速率均随温度升高而增大;当温度和加载速率一定时,早材径切面的拉伸应变速率是晚材的2.0倍,早材弦切面的拉伸应变速率是晚材的3.3倍。当加载速率倍增时,早材和晚材径切面、弦切面的拉伸应变速率均呈倍增变化趋势。【结论】饱水早材和晚材在径切面或弦切面的微纤丝角、拉伸弹性模量和拉伸强度均随温度升高而减小(或降低)。与晚材相比,温度变化对早材拉伸弹性模量和拉伸强度的影响更大。温度升高引起微纤丝角变小,抑制拉伸弹性模量和拉伸强度降低,但在60℃及以上水热环境中,木质素软化是引起拉伸弹性模量和拉伸强度降低的主要因素。

关键词：马尾松早材晚材水热环境轴向拉伸

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纤维素自愈合水凝胶研究进展

林业科学 2024年第2期60卷 128-138页

作者：张永跃石江涛付宗营卢芸中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 南京林业大学材料科学与工程学院南京210037

水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料,通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点,广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料,其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威... 详细信息

水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料,通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点,广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料,其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威胁;同时水凝胶长时间使用后,在机械外力作用下易产生破坏,从而会对其结构完整性和性能产生影响。具有自我修复能力的水凝胶破损后利用超分子相互作用或可逆共价作用可以恢复到与起始状态几乎相同的机械性能,对延长水凝胶使用寿命具有重要意义。纤维素是一种天然有机聚合物,主要来源于自然界中的树木等天然材料,具有无毒、无害、生物相容性好等优点,符合绿色环保理念,应用前景广阔。纤维素链上丰富的含氧基团可与水分子形成氢键网络,有利于制备具自愈能力的水凝胶。对纤维素进行化学改性得到纤维素衍生物,如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等,可以扩大其在水凝胶领域的应用。本研究综述以纤维素以及纤维素衍生物为原料的一类自愈合水凝胶,总结传统自愈合水凝胶存在的缺点并提出相关改性策略。纤维素因自身晶体结构以及内部超分子相互作用导致其在水中难以溶解,故一般采用分散体系或溶解体系进行纤维素水凝胶的制备,通过调控水凝胶的三维结构,利用可逆共价作用(酰腙键、二硫键交换等)和非共价作用(氢键、疏水作用、主客体相互作用等)赋予其自我修复能力。由于这种可逆交联的存在,传统纤维素自愈合水凝胶一般机械性能较差,同时因现阶段对纤维素自愈合水凝胶的功能开发比较单一,限制其在各领域的应用。本研究介绍构建智能网络结构、仿生自然生物伤口愈合机制、功能化改性的方式,总结新型多功能智能纤维素自愈合水凝胶构筑的方式,结合自愈合水凝胶取得的相关研究成果,提出纤维素自愈合水凝胶现阶段仍需解决的问题,并对自愈合水凝胶的应用前景进行展望。

关键词：纤维素水凝胶非共价键自愈合智能材料

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增温对蒙古栎林土壤呼吸及组分的影响

生态学报 2024年

作者：王剑南崔嵘池成林董立本张吉利国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所中国林科院寒温带林业研究中心黑龙江抚远森林生态系统定位观测研究站

为明确气候变暖对蒙古栎林土壤碳排放的潜在影响，以三江平原蒙古栎次生林为研究对象，分析5—11月土壤呼吸组分对增温（1℃）和断根交互处理的响应。结果表明，增温使未断根组表层土壤平均升高1.35℃，断根组表层土壤平均升高0.65℃，... 详细信息

为明确气候变暖对蒙古栎林土壤碳排放的潜在影响，以三江平原蒙古栎次生林为研究对象，分析5—11月土壤呼吸组分对增温（1℃）和断根交互处理的响应。结果表明，增温使未断根组表层土壤平均升高1.35℃，断根组表层土壤平均升高0.65℃，表层土壤含水量平均升高0.02m3/m3（P0.05）。各月份土壤异养呼吸速率占土壤总呼吸速率的比例均达到50%以上。土壤温度与土壤总呼吸速率、土壤异养呼吸速率均呈现指数正相关关系（P0.05）。模拟气候变暖初期蒙古栎林土壤总呼吸速率会显著升高，增加的土壤碳排放会进一步促进气候变暖，不同季节土壤呼吸速率升高幅度存在差异，夏季土壤碳排放要高于其它季节，而Q10则是于夏季和秋季的过渡时段更高。

关键词：土壤呼吸蒙古栎林增温实验土壤呼吸敏感性土壤碳循环

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胶合板用氯氧镁胶黏剂制备工艺的初步研究

木材科学与技术 2024年第1期38卷 66-72页

作者：王慧珊吕少一王颖张龙飞彭立民中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

采用正交试验优选氯氧镁胶黏剂的原料配比和胶合板制备工艺,分析优化工艺合成的氯氧镁胶黏剂及其制备胶合板的性能。结果表明:优选的氯氧镁胶黏剂可以作为一种木材胶黏剂,能够通过杨木单板孔隙渗透到木材内部孔隙中,形成机械粘接结构,... 详细信息

采用正交试验优选氯氧镁胶黏剂的原料配比和胶合板制备工艺,分析优化工艺合成的氯氧镁胶黏剂及其制备胶合板的性能。结果表明:优选的氯氧镁胶黏剂可以作为一种木材胶黏剂,能够通过杨木单板孔隙渗透到木材内部孔隙中,形成机械粘接结构,但胶合板的湿态胶合强度未达到GB/T 9846—2015《普通胶合板》Ⅲ类胶合板≥0.7 MPa的要求。分析结果证明518相晶体的含量决定氯氧镁胶黏剂的强度和耐水性,胶黏剂内部结构较为疏松。518相晶体状态是重要影响因素,需通过518相晶体状态的改变或者堵塞水分子通道来阻止其与水分子接触的方法,提高氯氧镁胶黏剂的各项性能,促进工业化应用。

关键词：氯氧镁胶黏剂胶合板 518相耐水性

自褶皱UV固化聚氨酯丙烯酸酯木制品涂层的低光泽及抗指纹性能

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北京林业大学学报 2024年第4期46卷 149-157页

作者：孙英纯刘如龙玲陈明贵中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 江苏海田技术有限公司江苏句容212426

【目的】褶皱结构广泛存在于自然界和我们的生活中,受这类天然结构的启发,人工制备的表面褶皱结构可以赋予材料低光泽度和抗指纹等一系列特殊性能。为了探究褶皱结构在木制品涂层上的应用,从褶皱形貌的变化来系统解释褶皱对涂层宏观性... 详细信息

【目的】褶皱结构广泛存在于自然界和我们的生活中,受这类天然结构的启发,人工制备的表面褶皱结构可以赋予材料低光泽度和抗指纹等一系列特殊性能。为了探究褶皱结构在木制品涂层上的应用,从褶皱形貌的变化来系统解释褶皱对涂层宏观性能的影响。【方法】通过LED灯–准分子灯–UV汞灯分段固化系统,制备了一种可以在木制品表面自发形成褶皱的聚氨酯丙烯酸酯涂层,并进一步调节固化系统中的辐照能量,使涂层具有可控的光泽度和抗指纹性能。【结果】当LED灯–准分子灯–UV汞灯辐照能量分别为200、15和300 mJ/cm^(2)时,涂层在85°时的光泽度为5.2;此时涂层具有良好的抗指纹性能,表面的指纹可以在30 s内消失;涂层的机械性能也有一定提高,磨耗量达到最低为0.05 g/100 r,硬度由H提升为4H,附着力由2级提升为0级。同时对自褶皱涂层的耐久性也进行了研究,研究发现涂层在经过500次抗指纹测试后仍然能保持较低的光泽度。另外,由于褶皱表面的存在,涂层表面具有较好的耐黄变性能。【结论】通过调节辐照能量可以改变自褶皱结构的波长和振幅,对聚氨酯丙烯酸酯涂层表面结构进行简单、高效和大规模的调控,褶皱表面使涂层具有低光泽和抗指纹的性能,同时提高了涂层的力学性能。

关键词：自褶皱聚氨酯丙烯酸酯木制品涂层低光泽抗指纹灯辐照

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吸湿解吸循环过程中木材水分吸附特性

林业科学 2024年第9期60卷 150-158页

作者：都亚敏李珠蒋佳荔殷方宇吕建雄中国林业科学研究院木材工业研究所、国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091

【目的】探究吸湿解吸循环过程中木材水分吸附特性,阐释湿度循环对木材细胞壁及其吸着水分子的影响机制,为木材的实际使用和合理开发提供理论依据和数据参考。【方法】以杉木和马尾松木材为试验材料,采用动态水分吸附分析仪在3或5次吸... 详细信息

【目的】探究吸湿解吸循环过程中木材水分吸附特性,阐释湿度循环对木材细胞壁及其吸着水分子的影响机制,为木材的实际使用和合理开发提供理论依据和数据参考。【方法】以杉木和马尾松木材为试验材料,采用动态水分吸附分析仪在3或5次吸湿解吸循环(0%→95%→0%)过程中实时测定木材水分吸附数据,绘制水分吸着-解吸等温线,借助H-H模型对其吸湿平衡含水率进行非线性拟合分析。【结果】1)吸湿解吸循环前后,木材平衡含水率最大值呈降低趋势,其差值范围为0.21%~1.76%;初次循环过程木材吸湿平衡含水率低于后续循环过程,相对湿度40%~95%时尤为明显;2)随着吸湿解吸循环次数增加,木材单次循环所需时间减少,且降低幅度也明显变小;与块状试样相比,粉末状试样单次循环所需时间较少;3)初次循环过程木材吸湿滞后现象相比后续循环过程更明显,随着循环次数增加,吸湿滞后最大值减小,吸湿滞后率均值增大;4)H-H模型可用于分析吸湿解吸循环过程中木材水分等温吸附,其拟合度(R2)均高于0.996;随着循环次数增加,代表含有单位摩尔吸附位点的绝干木材质量(W)参数呈降低趋势,木材单分子层吸附水最大质量分数呈增大趋势,多分子层吸附水最大质量分数和吸附水总质量分数最大值均呈降低趋势。【结论】随着吸湿解吸循环次数增加,湿度循环对木材细胞壁的影响减弱:木材吸湿性能降低,其平衡含水率最大值呈降低趋势;单次循环所需时间减少;吸湿滞后现象减弱。

关键词：杉木马尾松湿度循环水分吸附 H-H模型

中国国有林区研究热点与演变趋势知识图谱分析

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世界林业研究 2024年第1期37卷 23-30页

作者：朱震锋李梦冉刘丹陈丽荣东北林业大学经济管理学院哈尔滨150040 中国林业科学研究院林业科技信息研究所北京100091

立足高水平保护与高质量发展的宏观视角,文中借助CiteSpace软件对中国国有林区研究热点与演变趋势进行可视化知识图谱分析。研究发现:1)国有林区研究者主要来自东北林业大学,且集中度显著;研究机构与其所在地域和属性等紧密相关,集中在... 详细信息

立足高水平保护与高质量发展的宏观视角,文中借助CiteSpace软件对中国国有林区研究热点与演变趋势进行可视化知识图谱分析。研究发现:1)国有林区研究者主要来自东北林业大学,且集中度显著;研究机构与其所在地域和属性等紧密相关,集中在黑龙江和北京,以东北林业大学、国家林草局及其直属研究机构、北京林业大学为主。2)国有林区研究热点包括“森工企业”“天保工程”“改革”“产业结构”“经济转型”等,且在观测期内呈现阶段性演变特征。3)国有林区研究将集中在生态高水平保护、经济高质量发展、新定位下的森工企业现代化以及林区自然保护地建设等领域。最后,总结了国有林区研究在理论和实践层面的学术贡献,探讨既有研究存在的问题和不足;建议针对国有林区的研究进一步关注更深层次的理论问题和实践困局,鼓励学者开展基于长期跟踪的持续研究,摒弃蜻蜓点水式的流量研究。

关键词：国有林区森工企业 “两危” 天保工程改革经济转型中国