应力波在活立木冻结与常温状态下的传播速度及其比较

论文摘要

应力波作为一种无损检测技术在木材工业被广泛采用,对木材缺陷判断和机械性能的评价具有很高的实用价值。以往基于应力波技术的木材无损检测的研究都是在常温或高温环境下进行,试验的研究对象大都是加工好的样品材,如板材、杆件等,而对于原木尤其是立木的检测则少之又少。东北林区是我国木材储量和供应的最大基地,在其特有的气候条件下,森林的采伐和养护作业都是在冬季进行,采伐下来的木材也都是在冻结状态下被加工利用。而在冬季低温、干旱的逆境下,树木的生长停止,处于休眠状态,其含水率和密度较常温情况都有很大不同,这势必影响木材的机械性能。在这样的条件下,木材的弹性模量较常温相比是否会产生变化?且变化程度的如何?有必要做出定性和定量的分析。研究所得到的信息,可以为实现立木分等奠定基础,不但有利于森林的经济效益评估和管理决策,还可以提高冬季木材无损检测和缺陷判断的准确度和可靠性,从而提高冬季木材的有效利用率。本文通过试验方法,选择来自哈尔滨林业示范基地的10个东北林区的主要树种,进行应力波在活立木冻结与常温状态下的传播速度的比较研究,对获得的试验数据通过SPSS统计软件包进行整理分析。结果表明,冻结状态下的应力波传播速度普遍高于常温状态400～600m/s,且二者之间存在较强的线性关系,随着常温条件下应力波传播速度的提高,其冻结状态下的速度呈上升趋势,且相关系数在0.8左右;冻结状态下的木材顺纹动弹性模量平均高于常温状态46%,径向的动弹性模量平均高于常温状态76%;应力波的纵向传播速度主要受含水率的影响,二者呈负相关;在冻结状态下,木材的含水率在纤维饱和点以下,含水率对应力波纵向传播速度影响显著,相关系数在0.8左右,而在常温状态下木材的含水率在纤维饱和点以上,影响不显著。另外,无论是冻结还是常温状态,含水率对径向传播速度的影响不显著。通过比较研究发现,冻结状态下木材的刚性和硬度较好,抗形变能力强。这说明,常温下的木材缺陷检测办法并不适用冻结情况,在冬季进行木材的无损检测和缺陷判断时需要进行单独考虑,以达到冬季木材利用的最大化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1课题背景
• 1.1.1 应力波法木材无损检测技术的研究现状
• 1.1.2 应力波法木材无损检测技术的发展趋势
• 1.2 课题的研究目的和意义
• 1.3 本文的研究内容和具体方法
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 研究的主要方法
• 1.4 本章小结
• 2 应力波技术和在原木中传播的理论
• 2.1 应力波技术
• 2.2 应力波在原木中的传播理论
• 2.2.1 木材的宏观构造
• 2.2.2 原木轴向的应力波传播理论
• 2.2.3 原木径向和弦向应力波传播理论
• 2.3 冻结和常温状态下应力波传播速度的参数影响
• 2.3.1 应力波在活立木中的纵向传播
• 2.3.2 应力波在活立木中的径向传播
• 2.3.3 影响参数分析
• 2.4 本章小结
• 3 应力波在活立木冻结状态下传播速度试验研究
• 3.1 试验材料、设备及方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验设备
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 试验结果与分析
• 3.2.1 试验结果描述及分析
• 3.2.2 冻结状态下应力波传播速度影响因素分析
• 3.3 本章小结
• 4 应力波在活立木常温状态下传播速度试验研究
• 4.1 试验材料、设备及方法
• 4.2 试验结果与分析
• 4.2.1 试验结果描述
• 4.2.2 常温状态下应力波传播速度影响因素分析
• 4.3 本章小结
• 5 冻结与常温状态下应力波传播速度的比较研究
• 5.1 冻结较常温状态的逆境因素多样性
• 5.1.1 冬季低温
• 5.1.2 冬季干旱
• 5.1.3 强日照
• 5.2 冻结和常温状态下木材含水率比较分析
• 5.3 冻结和常温状态下应力波传播速度的比较分析
• 5.3.1 纵向传播速度比较
• 5.3.2 径向传播速度比较
• 5.3.3 回归分析
• 5.4 冻结和常温状态下动弹性模量比较分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢