有限元法在木材振动特性中的应用研究

论文摘要

有限元法是在机械,土木工程等领域应用非常广泛和成熟的一种模拟实验方法,具有很强的模拟预测功能,该法极大地改变了实物实验受各种因素制约的情况。在建设节约型社会的今天,随着科技的进步和人们对木质材料认识和应用的深入,用科学计算与模拟的实验方法来研究木材的动态特性成为木质材料研究工作者的一大研究方向。有限元法以其优越的模拟性能和应用的广泛性开始被应用到木质材料的力学性能研究中来。本论文以云杉和松木试件为研究对象,探索了有限元法在木材动态特性中应用的可行性,构建了适合无缺陷木材的动态特性预测模型,为有限元法在木材无损检测中应用积累了经验,为材料的振动特性分析提供了科学依据。本论文得出的主要结论如下:1.从结果来看,在有限元软件分析中选取的orthotropic材料类型在测定木材固有特性上是可行的,材料的自由振动符合线弹性变化,针对试件建立的有限元模型是成功的。2.从对云杉和松木试件分析结果的对比发现了材料自身性质(如纹理、质量分布等)对实验结果的影响是显著的;论文还从建模过程和FFT试验过程入手对影响模拟结果的因素进行了分析,这些都是进一步完善有限元模型的依据。3.从模拟试验与FFT分析来看,只要建立的试件有限元模型合理,就可以分析出试件的多阶频率,这也体现了FFT分析仪所不能比拟的优势。4.建立的松木缺陷有限元模型存在一定的问题,造成了分析误差的加大,因此对该模型还需进一步研究和修正。5.对松木试件进行了径向和弦向的弯曲振动频率和材料属性中各因素影响显著性的预测,得出两个方向的振动频率存在一定差异,在材料属性中轴向弹性模量对结果的影响最显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景（或引言）
• 1.2 无损检测的主要方法
• 1.2.1 超声波检测
• 1.2.2 微波检测
• 1.2.3 射线检测
• 1.2.4 机械应力检测
• 1.2.5 振动法检测
• 1.2.6 冲击应力波检测
• 1.2.7 FFT分析检测法
• 1.3 有限元法及其在木质材料无损检测中的应用现状
• 1.3.1 有限元概述
• 1.3.2 有限元在木质材料研究中的应用现状
• 1.3.3 有限元在木质材料无损检测中的应用展望
• 1.4 本论文研究的主要目的、理论意义
• 2 有限元法、FFT分析的基本理论
• 2.1 有限元法模态分析原理
• 2.1.1 有限元法的基本思想
• 2.1.2 有限元分析步骤
• 2.1.3 特征值问题
• 2.2 FFT检测原理
• 2.3 ANSYS软件介绍
• 2.3.1 ANSYS家族概述
• 2.3.2 ANSYS应用范围
• 2.3.3 ANSYS软件功能
• 2.3.4 软件工作过程
• 2.3.5 ANSYS工作方式
• 3 有限元在云杉试件模态分析中的应用研究
• 3.1 绪言
• 3.2 试验材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 应用非各向异性单元进行模拟的情况分析
• 3.3.2 应用适用于各向异性材料的单元进行模拟的结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于有限元法的松木动态特性分析研究
• 4.1 绪言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 对有限元法模拟结果的分析和对两树种模拟情况的比较
• 4.3.2 材料属性中各因素对动态特性影响的显著性判断
• 4.3.3 对缺陷松木试件的模拟分析
• 4.3.4 对径向和弦向振动效果的预测
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢