冷杉，balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.)，是一种加拿大中东部常见的低密度软木木材。通常情况下木材的密度大小决定着其力学性能的高低，因此冷杉的低密度导致了其主要力学强度低于其他软木木材，例如云杉（Spruce）和松木（Pine）。为了提高冷杉的力学强度，一个合理有效的方法是将湿热力共同作用的密实化技术应用于低密度冷杉来增加其密度进而达到增加其力学性能的目的。经过密实化处理的冷杉（压缩木）的表面硬度得到改善，可以利用此优势将压缩木作为层合板材的表层材料和未密实化的冷杉黏合制备多层层合板材。该层合板材可应用于地板，楼梯板等对表面耐磨性能要求高的产品。传统的三层对称结构（三明治结构）层合板材通常消耗一层和表层材料一样的材料作为底层来抑制中间层的变形差异。考虑到密实化处理技术的高成本，如果将压缩木同时用作三层结构中的表层和底层，势必降低其作为地板产品和普通硬木地板的竞争性。因此，双层结构的设计是一个合理的选择，它可以避免消耗一层压缩木作为底层。但是双层结构作为一个不对称的结构极易导致双层层合板的尺寸不稳定。随着周围环境中的湿度变化，双层层合板的两层木材的膨胀/收缩系数的差异引起两层木材的变形不协调，由于胶黏剂层限制了两层木材各自的自由变形，导致了层合板整体变形和内应力出现在胶黏剂层。胶层中的垂直方向的拉应力如果超过胶层的粘结强度则会引起胶层开裂，过大的剪切应力将会导致剪切失效。文献综述表明关于密实化木材构成的双层板材的尺寸稳定性和层间应力的研究非常有限，胶层间控制分层开裂的应力属于平面外应力，目前还没有合适的实验方法进行平面外应力的测量，国内外类似的研究都是采用数值分析方法，利用有限元软件进行分析。因此本文的研究目的是利用数值分析方法研究由压缩木和未压缩木构成的双层板材在周期性湿热变化下的尺寸稳定性。围绕这一主题，本论文从5个方面分别进行了深入研究：1）湿热力密实化压缩木中残余应力的产生和释放机理；2）湿热力密实化技术对压缩冷杉的尺寸稳定性的影响；3）数字散斑相关技术用于测量小尺寸压缩冷杉横向力学性能；4）数字图像技术用于测量CT图像中双层层合板材的变形测量；5）有限单元模型用于预测湿热周期作用下双层层合板的变形和层间应力。研究发现1）压缩木中的残余应力分为机械残余应力和物理残余应力，其的大小与木材的压缩比成正比。以压缩比为参数的指数模型可以很好的模拟压缩木中的残余应力随时间的释放行为；2）在热压过程中，温度控制在230oC，压缩时间控制在20分钟，压缩比控制在60%，压缩冷杉在压缩方向上的厚度反弹可以被控制在90%左右。压缩冷杉的表面硬度和胶合强度可以高达30MPa和8MPa，分别是糖枫的2倍和1.6倍；3）在压缩实验中利用数字散斑相关技术可以实现小尺寸压缩木材的变形测量。压缩冷杉的ER, ET, GRT, μRTand μTR分别是284MPa,2551MPa,21MPa,0.10, and0.33。其中有关压缩方向的ER, GRT, μRTand μTR不同程度上低于未压缩的冷杉数值，但是压缩冷杉的ET超过未压缩冷杉的10倍左右；4）在Matlab环境下开发的数字图像批处理算法可以实现快速，准确，自动地测量显示在一系列CT图像上的双层层合板的变形大小。测量结果表明双层层合板的变形随着层合板厚度比的增加而增加；5）利用ABAQUS有限元软件建立的二维有限单元模型可以很好的预测周期性湿热变化下双层层合板的含水率梯度分布，层间应力分布和变形分布。有限元结果显示层间应力和变形大小与层合板厚度比成正比。降低双层层合板的厚度比可以提高其尺寸稳定性。本论文创新点有1）区分并定义了引起湿热力作用下的压缩木内部的残余应力的种类；2）探讨并实现了利用数字散斑相关技术测量小尺寸压缩木材的变形；3）开发编写了一个数字图像批处理算法实现在一系列的CT图像上进行木材层合板的变形自动测量；4）建立了一个有限元模型可以模拟不同厚度比和不同材料构成的双层层合板受到温湿度变化引起的变形。