CN109507217B - 一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，包括如下步骤：1）制作测试试件，试件吸水前使用X射线断层扫描仪扫描试件，记录扫描图像；2）将试件完全浸入氯化铯水溶液中，吸水过程中，使用X射线断层扫描仪连续扫描试件；3）基于吸水前后试件的X射线扫描图像，使用Octopus软件进行三维重建，获得试件内部结构变化；4）在试件内部选取若干特征区域，通过量化特征区域的位置迁移，进一步计算出试件内部应变分布。本发明提供的检测人造板吸水后内部应变分布的方法，通过对比特定区域吸水过程中在三个维度上的尺寸变化，可以计算出吸水过程中特征区域的应变分布，基于多个特征区域的应变分布，最终得出试件内部应变分布。

Description

一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法
技术领域
本发明涉及一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，属于木质材料性能检测技术领域。
背景技术
人造板主要包括胶合板、刨花板和纤维板，是一类由木质单板、刨花或纤维组坯、胶压而成的人造板材，具有结构均匀、幅面大等优点，可以替代实木类产品应用于建筑、家具和装饰领域，人造板的发展与利用对于缓解木材供需矛盾、保护森林资源具有重要的现实意义。作为一种生物质材料，易吸湿，以及吸湿后易发生力学强度下降、防腐能力降低时限制人造板使用范围和使用寿命的重要原因。为更科学地评价人造板的物理力学性能和更准确的预测人造板的使用寿命，检测人造板吸水过程中内部应变分布显得尤为重要。
目前，X射线断层扫描技术已被广泛应用于木质材料内部结构检查和密度分布，但针对木质人造板材料吸水时内部应变分布的研究报道较少，还没有关于检测并量化吸水过程中人造板内部应变分布的报道。掌握人造板吸水过程中内部应变分布可以客观评价人造板实际使用过程中的物理力学性能，也可以为更加准确的预测人造板的使用寿命提供理论依据。
发明内容
目的：针对人造板吸水后易发生力学强度降低、尺寸结构不稳定等问题，本发明提供一种可靠性好、可量化、可视化地检测人造板吸水过程中内部应变分布的方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，包括如下步骤，
1)制作测试试件，试件吸水前使用X射线断层扫描仪扫描试件，记录扫描图像；
2)将试件完全浸入氯化铯水溶液中，吸水过程中，使用X射线断层扫描仪连续扫描试件；
3)基于吸水前后试件的X射线扫描图像，使用Octopus软件进行三维重建，获得试件内部结构变化；
4)在试件内部选取若干特征区域，通过量化特征区域的位置迁移，进一步计算出试件内部应变分布。
优选地，步骤2)中氯化铯水溶液质量浓度为2.5％。
优选地，步骤1)和步骤3)中X射线断层扫描仪扫描试件时，扫描周期为2min/次，得到的扫描图像精度为20μm。
优选地，步骤3)中三维重建后，形成X、Y、Z三个维度；对应于步骤4)中选取的特征区域，X方向为特征区域宽度方向，Y方向为特征区域厚度方向，Z方向为特征区域长度方向。
进一步地，计算特征区域在X、Y、Z三个方向上的应变值。
进一步地，所述应变值计算过程如下：
X方向上的应变值
Figure BDA0001875299900000021
其中X1＝x1*m，X0＝x0*m，则
Figure BDA0001875299900000022
X0为吸水前特征区域在X方向上的尺寸，X1为吸水后特征区域在X方向上的尺寸，x0为吸水前特征区域在X方向的像素个数，x1为吸水后特征区域在X方向的像素个数，m为单位像素的尺寸；
Y方向上的应变值
Figure BDA0001875299900000023
其中Y1＝y1*m，Y0＝y0*m，则
Figure BDA0001875299900000024
Y0为吸水前特征区域在Y方向上的尺寸，y1为吸水后特征区域在Y方向上的尺寸，y0为吸水前特征区域在Y方向的像素个数，y1为吸水后特征区域在Y方向的像素个数，m为单位像素的尺寸；
Z方向上的应变值
Figure BDA0001875299900000025
其中Z1＝z1*m，Z0＝z0*m，则
Figure BDA0001875299900000026
Z0为吸水前特征区域在Z方向上的尺寸，Z1为吸水后特征区域在Z方向上的尺寸，z0为吸水前特征区域在Z方向的像素个数，z1为吸水后特征区域在Z方向的像素个数，m为单位像素的尺寸；
其中涉及尺寸的单位均为mm。
有益效果：本发明提供的检测人造板吸水后内部应变分布的方法，具备如下有益效果：
(1)通过X射线断层扫描设备扫描吸水前后试件的断层图像，并利用Octopus软件和ImageJ软件实现试件内部结构的三维可视化，该方法可实现吸水过程中人造板内部结构的实时可视化；
(2)基于试件内部结构的实时三维可视化，可获得吸水对人造板内部结构的影响，通过对比特定区域吸水前后在三个维度上的尺寸变化，可以计算出吸水过程中特征区域的应变分布，基于多个特征区域的应变分布，最终得出试件内部应变分布；
(3)本发明提供的方法有助于理解吸水对人造板内部结构影响的机理，有助于掌握吸水过程中人造板内部应变的分布，可为优化人造板的组坯方式、涂胶工艺提供理论支撑，可为更加科学地评价人造板的尺寸稳定性和预测人造板使用寿命提供帮助。
附图说明
图1为吸水前后定向刨花板特征区域体积变化示意图及X射线断层扫描图；
图2为吸水后定向刨花板内5个特征区域在X、Y、Z三个方向上的应变分布。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，包括以下步骤：
1)选用未做阻水处理的定向刨花板作为试验材料，板子厚度为18.0mm，密度为605kg/m3，制作表面积为10×10mm2的试件。
2)将试件放入截面直径为15mm、高度为30mm的塑料容器中，使用X射线断层扫描仪扫描试件，扫描周期为2min/次，得到扫描图片精度为20μm，X射线断层扫描图如图1所示。
3)将2.5g氯化铯与97.5g蒸馏水混合均匀，配制出质量浓度为2.5％的氯化铯水溶液，用氯化铯水溶液注满装有试件的塑料容器，使试件上下表面不与容器壁接触。
4)吸水过程中使用X射线断层扫描仪扫描试件，记录试件吸水过程，扫描周期为2min/次，得到扫描图片精度为20μm，X射线断层扫描图如图1所示。
5)将吸水前后的X射线断层扫描图使用Octopus软件进行三维重建，以实现试件内部结构的三维可视化，如图1中的长方体所示。
6)基于刨花形态和胶黏剂分布，使用ImageJ软件在试件内部选择5个特征区域，对比5个特征区域吸水前后在X、Y、Z三个维度上的尺寸变化，并计算三个维度方向上的应变值，结果如表1和图2所示，从表1及图2中可以看出吸水前后Y方向的应变值比较大，即表明吸水过程中定向刨花板的内部应变主要集中于厚度方向，且厚度方向上的应变分布存在差异化，造成该现象的主要原因是定向刨花板的组坯方式和木材吸水膨胀率固有的各项异性。
表1所选5个特征区域在X、Y、Z三个方向上吸水前后的像素个数变化及应变值计算结果
Figure BDA0001875299900000041
实施例2
一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，包括以下步骤：
1)选用未做阻水处理的中密度纤维板作为试验材料，板子厚度为18.0mm，密度为567kg/m3，制作表面积为10×10mm2的试件。
2)将试件放入截面积直径为15mm、高度为30mm的塑料容器中，使用X射线断层扫描仪扫描试件，扫描周期为2min/次，得到扫描图片精度为20μm。
3)将2.5g氯化铯与97.5g蒸馏水混合均匀，配制出质量浓度为2.5％的氯化铯水溶液，用氯化铯水溶液注满装有试件的塑料容器，使试件上下表面不与容器壁接触。
4)吸水过程中使用X射线断层扫描仪扫描试件，记录试件吸水过程，扫描周期为2min/次，得到扫描图片精度为20μm。
5)将吸水前后的X射线断层扫描图使用Octopus软件进行三维重建，以实现试件内部结构的三维可视化。
6)基于纤维形态和胶黏剂分布，使用ImageJ软件在试件内部选择若干个特征区域，对比各特征区域吸水前后在X、Y、Z三个维度上的尺寸变化，得出特定区域吸水前后在三个维度上的应变分布。最终得出试件吸水过程中的内部应变分布。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，其特征在于：包括如下步骤，
1)制作测试试件，试件吸水前使用X射线断层扫描仪扫描试件，记录扫描图像；
2)将试件完全浸入氯化铯水溶液中，吸水过程中，使用X射线断层扫描仪连续扫描试件；
3)基于吸水前后试件的X射线扫描图像，使用Octopus软件进行三维重建，获得试件内部结构变化；
4)在试件内部选取若干特征区域，通过量化特征区域的位置迁移，进一步计算出试件内部应变分布；
计算特征区域在X、Y、Z三个方向上的应变值；
所述应变值计算过程如下：
X方向上的应变值
Figure FDA0003037400380000011
其中X1＝x1*m，X0＝x0*m，则
Figure FDA0003037400380000012
X0为吸水前特征区域在X方向上的尺寸，X1为吸水后特征区域在X方向上的尺寸，x0为吸水前特征区域在X方向的像素个数，x1为吸水后特征区域在X方向的像素个数，m为单位像素的尺寸；
Y方向上的应变值
Figure FDA0003037400380000013
其中Y1＝y1*m，Y0＝y0*m，则
Figure FDA0003037400380000014
Y0为吸水前特征区域在Y方向上的尺寸，y1为吸水后特征区域在Y方向上的尺寸，y0为吸水前特征区域在Y方向的像素个数，y1为吸水后特征区域在Y方向的像素个数，m为单位像素的尺寸；
Z方向上的应变值
Figure FDA0003037400380000015
其中Z1＝z1*m，Z0＝z0*m，则
Figure FDA0003037400380000016
Z0为吸水前特征区域在Z方向上的尺寸，Z1为吸水后特征区域在Z方向上的尺寸，z0为吸水前特征区域在Z方向的像素个数，z1为吸水后特征区域在Z方向的像素个数，m为单位像素的尺寸；
其中涉及尺寸的单位均为mm。
2.根据权利要求1所述的一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，其特征在于：步骤2)中氯化铯水溶液质量浓度为2.5％。
3.根据权利要求1所述的一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，其特征在于：步骤1)和步骤3)中X射线断层扫描仪扫描试件时，扫描周期为2min/次，得到的扫描图像精度为20μm。
4.根据权利要求1所述的一种检测人造板吸水后内部应变分布的方法，其特征在于：步骤3)中三维重建后，形成X、Y、Z三个维度；对应于步骤4)中选取的特征区域，X方向为特征区域宽度方向，Y方向为特征区域厚度方向，Z方向为特征区域长度方向。
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