落叶松材动态特性及其影响因素的研究

论文摘要

无损检测木材的物理力学性能及缺陷具有测试时间短、方法简便、不破坏木材使用性能、适于连续化生产的要求等优点,已经成为国内外木材科学领域研究的热点。研究木材动态特性可为合理选择和实现无损检测、高效充分利用木材提供科学依据,具有很大的理论意义和实用价值。本文利用弯曲横向振动、纵向振动和应力波三种动态方法对我国储量丰富的落叶松材的动态特性(动弹性模量、共振频率、弯曲振型、应力波传播速度等)及影响因素(密度、含水率、生长特性等)进行了系统的研究。利用虚拟仪器技术建立了振动测试系统的软件部分;探索了三种动态测试方法获得的动态特性参数与动弹性模量的相关性以及有疵和无疵试件之间的差异;建立了落叶松材动弹性模量、共振频率、弯曲振型、应力波传播速度与影响因素之间的关系。主要研究结论如下:1.在所选取的含水率范围内,其与共振频率、应力波传播速度和动弹性模量强相关,随着含水率的减小,动态特性参数均呈现线性增加。在12%含水率下试材弯曲振型更接近理论振形。2.不同含水率下,三种方法测得的无疵试件动态弹性模量之间存在差异,纵向振动方法测得的最大,但三者之间相关性强。3.试件宽度方向不同位置应力波速度的变化随节子尺寸和数量的增加而增加;同株落叶松材应力波传播速度与节子直径高度负相关,并且和节子周围扭斜横纹理的程度有关。节子尺寸较小时其数量对应力波速度影响不显著。4.在无节子试件中,同株试件的生长率对应力波速度影响较大,相关系数R=0.823,不同株试件生长率和晚材率与应力波速度之间的相关系数分别为R=0.6589和R=0.5924,在0.05水平上回归效果显著。5.无节子试件弯曲共振频率和纵向共振频率相关性很强;纵向振动频率和应力波速度之间相关性强。6.在弯曲共振频率、纵向共振频率和应力波传播速度三个动态特性参数中,应力波速度对节子和纹理扭曲敏感程度较高,对生长率和晚材率比较敏感。应力波测试的动弹性模量和生长率及晚材率关系密切,超过振动测试的弹性模量和生长率及晚材率关系。因此,在某些情况下可以考虑用应力波传播速度作为木材无损评价的一个指标。7.密度对弯曲振动频率和纵向共振频率影响均不显著,对于同株无节子试件应力波速度有一定影响,对于含有节子试件和不同株试件的应力波速度影响不显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 注释说明
• 1 绪论
• 1.1 振动法在木材性质检测中的研究进展
• 1.1.1 国外研究进展
• 1.1.2 国内研究进展
• 1.1.3 振动法木材无损检测存在问题及发展趋势
• 1.2 应力波在木材性质检测中研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.2.3 应力波法木材无损检测存在问题及发展趋势
• 1.3 落叶松材动态特性研究的意义
• 1.4 研究的主要内容
• 2 动态弹性模量理论和振动测试系统的建立
• 2.1 动态弹性模量理论
• 2.1.1 弯曲振动理论
• 2.1.2 纵向振动理论
• 2.1.3 应力波传播理论
• 2.2 振动测试系统的建立
• 2.2.1 虚拟仪器系统的总体结构
• 2.2.2 虚拟仪器数据采集系统软件
• 2.2.3 关于测试系统硬件
• 2.3 小结
• 3 落叶松材动态弹性模量的确定
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 落叶松试材密度、生长特性的测定
• 3.1.3 横向弯曲振动测试
• 3.1.4 纵向振动测试
• 3.1.5 应力波测试
• 3.2 三种动态测试方法结果和分析
• 3.2.1 动态特性参数和动弹性模量
• 3.2.2 三种试验方法的动态特性参数和动弹性模量之间关系
• 3.2.3 三种动弹性模量之间关系
• 3.3 动弹性模量的影响因素
• 3.3.1 密度对动弹性模量的影响
• 3.3.2 生长率对动弹性模量的影响
• 3.3.3 晚材率对动弹性模量的影响
• 3.3.4 节子对动弹性模量的影响
• 3.4 静态弹性模量检测
• 3.5 动态和静态测试结果比较分析
• 3.6 小结
• 4 含水率对木材动态特性参数和动弹性模量的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 试件的准备
• 4.1.3 测试方法
• 4.2 含水率对落叶松材动态特性参数和动弹性模量的影响
• 4.2.1 落叶松材动态特性参数和动弹性模量随含水率变化规律
• 4.2.2 无节子F类试件含水率与共振频率的关系
• 4.2.3 无节子F类试件含水率与应力波传播速度的关系
• 4.2.4 不同含水率下动态弹性模量之间的相关性
• 4.2.5 含有节子D、E类试件的测试结果分析
• 4.3 小结
• 5 落叶松材生长特性等对共振频率的影响
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 方法
• 5.2 结果和讨论
• 5.2.1 试件尺寸对弯曲共振频率的影响
• 5.2.2 密度对共振频率的影响
• 5.2.3 纵向共振频率测试结果
• 5.2.4 生长率对共振频率的影响
• 5.2.5 晚材率对共振频率的影响
• 5.2.6 弯曲共振频率和纵向共振频率关系
• 5.3 小结
• 6 落叶松材生长特性等对弯曲振型的影响与分析
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 弯曲振型的测量方法
• 6.2 结果和讨论
• 6.2.1 含水率对弯曲振型的影响
• 6.2.2 节子对弯曲振型的影响
• 6.3 小结
• 7 落叶松材生长特性等对应力波速度的影响与分析
• 7.1 材料和方法
• 7.1.1 材料
• 7.1.2 方法
• 7.2 同株落叶松试件生长特性等对应力波传播速度的影响
• 7.2.1 节子尺寸对应力波速度的影响
• 7.2.2 节子数量对应力波速度的影响
• 7.2.3 生长率对应力波速度的影响
• 7.2.4 密度对应力波速度的影响
• 7.3 不同株落叶松材试验结果和分析
• 7.3.1 测试结果和分析
• 7.3.2 密度对应力波速度的影响
• 7.3.3 生长率对应力波速度的影响
• 7.3.4 晚材率对应力波速度的影响
• 7.3.5 生长轮角度对应力波速度的影响
• 7.3.6 密度与生长率及晚材率关系
• 7.3.7 应力波速度和动态弹性模量之间关系
• 7.3.8 应力波速度和纵向共振频率之间关系
• 7.4 垂直纤维方向应力波速度
• 7.5 小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 附件
• 个人简介
• 导师简介
• 在读期间获得成果目录清单
• 致谢