中文摘要：

本课题关注于机械法制备木材纤维过程中缺乏理论指导、理论研究空白这一前沿性问题，围绕木材原料受连续动载作用发生解离的机理开展研究，是具有创新性、现实应用性的基础理论研究项目。研究中将木材原料的研磨解离机理转化为对木材原料受连续动载作用发生断裂问题进行。基于模拟实验，利用影像分析木材原料断裂表面的形貌、纹理特征，合理选择测度、计算断裂表面的分形维数，并对木材原料的研磨解离过程作分形意义上的图形描述；结合分形理论，根据线弹性断裂力学给出的断裂韧性计算方法，建立表达木材开裂韧性的力学模型；根据木材原料断裂表面的力平衡原理推导裂纹生长的模型化方程，并转化为裂纹生长的分形动力学方程，引入断裂发生时的边界条件或初始条件，建立表达木材原料受连续动载作用发生断裂的裂纹生长分形动力学模型。从而对木材原料的研磨解离机理作模型化描述，指导纤维制备设备的结构设计与优化，达到降低纤维分离能耗、提高纤维质量的目的。

结论摘要：

本项目在执行期内按计划内容进行了系统性的研究，设计了项目研究的实验框架体系，对木材原料的研磨解离过程进行了模型分析与描述，测试、计算了木材原料破碎阶段与纤维分离阶段的分形几何特征，建立了以断裂力学理论为基础的连续动载作用研磨解离木纤维的分形动力学模型，并对木纤维分离过程中的能量消耗及其生命周期评价进行了模型分析与统计研究。 在实验设计中，根据项目总体研究进程的需要，开展了热磨机工作参数影响纤维分离质量与能耗的研究，设计、确定了详细的实验方案及具体研究内容的实验方法，研制、选定了实验设备与仪器，为项目研究的顺利执行作了完善的实验准备。 在木材原料研磨解离过程的图形描述研究中，对木材原料的研磨解离过程进行了模型分析，探究出原料在磨片间隙及磨齿齿槽内的运动特征，推导出其轨迹方程，对木材原料的研磨解离过程进行了图形描述。实验研究了磨片齿刃比负荷对纤维分离形态的影响，为后续研究木材原料在动载作用下断裂解离的分形特征奠定了基础。 在木材原料研磨解离过程的分形特征研究中，以木材原料受剪切与冲击载荷作用后形成的木片断裂表面与纤维尺寸形态为测试对象，进行了木片断裂表面形貌与纤维分离尺寸量变的测试与分析，获得了两者的几何分维信息及其分形特征，建立了木材原料的抗剪强度、冲击韧性与分形维数之间的关联关系。 在木材原料研磨解离过程的分形动力学模型研究中，结合木材原料在磨片间隙内的受力状态，分析了原料总的受力环境及类型，建立了木材原料受力的平衡方程；结合原料断裂的分形特征，建立了关联木材原料临界断裂韧性的分形动力学模型，对连续动载作用解离木纤维的分形机理作出了完整的模型分析和描述。 在纤维分离过程的能耗研究中，基于磨片间隙与齿槽宽度量变对原料运动状态的影响，建立了描述热磨机功率消耗的能量模型；采用Monte Carlo方法，对纤维制备过程的能耗生命周期作出了全面的分析、评价，并对木纤维制备各阶段的能耗情况进行了完整的统计研究。 本项目完成了研究计划的全部内容，取得了多项具有创新性的理论和实际应用价值的研究成果。项目取得的研究成果对木纤维制备阶段的纤维分离设备与磨片齿形结构优化设计，纤维分离工艺参数优化设置，以及提高木纤维分离质量、降低能耗具有重要的指导作用和应用前景。