应力波在立木冻结与常温状态下的传播速度比较

为提高冬季木材缺陷判断的可靠性和准确性,实现冬季木材利用的最大化,选择来自哈尔滨林业试验基地的10个东北林区的主要树种,进行应力波在立木冻结与常温状态下传播速度的比较研究.结果表明:冻结状态下立木的应力波纵向传播速度高于常温状态约16.50%,径向传播速度高于常温状态约22.48%,且应力波在冻结与常温状态下的立木内传播速度二者之间存在较强的线性关系;冻结状态下,应力波的传播速度受含水率的影响显著(相关系数多数在0.8以上),而常温状态下没有显著影响.     

古建筑木材中应力波传播速度的影响因素

对应力波在古建筑木材中传播速度的影响因素及其影响规律进行了检测和分析,目的是找出各种因素变化与应力波扫描图像之间的关系,从而更好地判定木材内部缺陷的位置和面积。研究表明:含水率对应力波传播速度影响显著;在相同含水率下,应力波径向传播速度大于弦向,其传播方向偏离髓心越远,传播速度越小;树种和年代对应力波传播速度也有影响。     

温度和含水率对红松木材中应力波传播速度的影响

为分析应力波在木材中传播的影响因素,研究应力波传播规律,在实验室内,采用Arbotom应力波测试仪测试60个红松无疵小试件在不同含水率(从绝干到饱湿)和不同温度(-30,-20,-10,-5,0,5和20℃)下的应力波传播速度。在此基础上,分别分析应力波传播速度随含水率或温度变化的规律,探讨导致应力波传播速度变化的原因,并建立三者之间的回归模型。结果表明:含水率和温度是影响木材中应力波传播速度的2个重要因素。应力波传播速度随含水率增加或温度升高均呈逐渐下降趋势。在含水率32%(纤维饱和点附近)以下,传播速度随含水率增加下降幅度较大,反之则较小;当含水率低于50%时,传播速度随温度升高呈线性下降趋势;当含水率高于50%时,传播速度在0℃上下有一明显的跳跃。含水率、温度与应力波传播速度之间的二元线性回归模型拟合优度较高,决定系数R2均高于0.95。     

杨树与落叶松原木中应力波的不同传播速度

通过应力波测试仪对健康的杨树和落叶松原木试件进行检测试验,研究应力波在这2种原木试件中径向、弦向和纵向(原木心材和边材)传播速度之间的关系以及径向传播速度和直径、弦向传播速度和检测角之间的相关关系.结果表明:在这2种树种中,应力波径向传播速度和原木直径呈正相关,原木纵向边材传播速度比相应心材中的要大,弦向传播速度与检测角呈现二次函数关系.通过试验分析得出应力波在原木纵向心材和边材传播速度与径向传播速度比的域值.     

含水率对原木孔洞缺陷应力波检测效果的影响

应用微单元分析模型,在实验室条件下研究含水率对原禾内部孔洞缺陷检测效果的影响。在不同含水率状态下测试原木内应力波传播速度,分析应力波传播速度与含水率的相关性,得出原木孔洞缺陷识别质量系数。结果表明,在较低的含水率状态下原木孔洞缺滔检测效果较好。     

两种无损检测方法对CCA处理材的性能评价比较

采用应力波和超声波无损检测,对CCA处理前后沙棘木材密度、应力波和超声波传播速度及动弹性模量的性能进行评价比较.通过配对t检验的数据分析,结果表明:CCA处理对沙棘木材密度有显著影响,但对应力波和超声波传播速度以及动弹性模量的影响不显著;两种无损检测方法所得的数据具有高度的一致性,证明了测定结果的可靠性.     

樟子松活立木与原木及其板材应力波传播速度的相关性研究

对樟子松活立木、原木及其板材的应力波传播速度进行检测,得出活立木与原木的应力波传播速度非常接近;樟子松原木段与其板材的应力波传播速度具有较大的相关性,相关系数为R2=0.6,因此可以通过活立木的应力波传播速度来预测原木制成板材后的应力波传播速度。     

应力波在树木径切面内的传播速度模型

【目的】研究应力波在不同树木径切面内传播速度的变化情况,建立传播速度模型,以期进一步认识应力波在树木径切面内的传播规律及其影响因素,为树木内部缺陷的三维成像技术提供理论依据。【方法】首先通过理论分析,建立应力波在树木径切面内的传播速度模型;然后以浙江农林大学植物园内8类有代表性的树种(香樟、枫香、乐昌含笑、鹅掌楸、响叶杨、悬铃木、松树、白杨)为试验材料,在样本径切面上,采用Arbotom应力波木材无损检测仪测量与径向成不同角度方向的应力波传播时间,计算不同角度方向上的应力波传播速度,并对健康样本径切面内沿方向角θ的应力波速度vθ和径向应力波速度v0的比值vθ/v0与方向角θ之间的关系进行回归分析。【结果】应力波在健康香樟样本径切面内的传播速度随方向角的增大而增大,径向传播速度最小,其原因是当应力波在树木内部沿径向传播时,传播方向与树木纤维方向垂直,受到细胞壁边界的阻碍较多,传播速度较慢;而随着方向角的增大,应力波传播方向与树木纤维方向逐渐平行,受到细胞壁边界的阻碍变少,传播速度逐渐增加。枫香、乐昌含笑、鹅掌楸、响叶杨4种树种的健康样本在相同方向角上的应力波传播速度大小不同,但其变化规律与香樟活力木相同。对健康样本试验数据的拟合结果为vθ/v0≈kθ2+1(0≤k≤1),k值取决于被测树木的物理力学参数。在所建立的回归模型中,决定系数R2均大于0.92,表明模型具有较高的拟合优度。在有缺陷的悬铃木样本试验中,径切面上方向角为-20°~-50°的应力波传播路径经过缺陷区域,其余传播路径均位于健康区域内。当应力波传播路径位于径切面的健康区域时,传播速度随方向角的变化趋势满足一元二次函数模型;但当应力波经过径切面的缺陷区域时,传播速度明显降低,不再符合正常情况下的传播速度模型。针对松树和白杨原木试样,人工设计了空洞缺陷,并对产生空洞前后的原木径切面的应力波传播速度进行了对比。最后,基于建立的径切面内应力波传播速度模型,设计了一种树木内部缺陷四向交叉检测方法,该方法能够较准确地检测木材内部缺陷的位置。【结论】在健康树木的径切面上,方向角θ与vθ/v0之间满足一元二次函数关系vθ/v0≈kθ2+1(0≤k≤1),对不同树种的检测结果均表明了该模型的有效性;进一步的试验证明了该速度模型对于树木内部缺陷检测具有很好的指导作用。     

应力波和超声波在立木无缺陷断面的传播速度

为进行立木无损健康检测,采用Arbotom应力波成像系统、Resistograph针式阻抗仪和RSM-SY5超声仪对4个树种共计120株树分断面进行测试,研究超声波和应力波在立木108个无缺陷断面传播速度变化规律,并对比分析二者的差异和相关性。结果表明:1)采用8个测点对立木测试时,超声波和应力波在立木无缺陷断面具有类似的传播规律,即沿Path A(相邻两传感器)传播时速度最低,沿Path D(径向传播)传播时速度最高,从Path A到Path D传播速度呈递增的变化趋势;2)对于小叶杨、榆树、旱柳、水曲柳4种立木,Arbotom测得的无缺陷断面应力波径向传播速度平均值分别为788.46,1 025.45,940.62和1 146.06 m.s-1;RSM-SY5测得的超声波径向传播速度平均值分别为1 159.57,1 537.5,1 323.15和1 558.6 m.s-1;3)尽管Arbotom和RSM-SY5测得的应力波和超声波传播速度差值较大,但二者的径向传播速度具有显著正相关性,决定系数R2均在0.77以上,因此采用这2种仪器对立木进行无损检测都是可行的。     

基于应力波和阻抗仪技术的旱柳内部腐朽定量检测

利用应力波和阻抗仪两种仪器对旱柳行道树内部腐朽情况进行检测,应力波法每个断面采用10~12个传感器,阻抗仪法每个断面测试2~4个方向。结果表明：由应力波断层扫描得到的二维图像和由阻抗仪得到的阻力曲线均能较准确地反映活立木内部腐朽的位置、程度等状况,两者对应关系较好;阻抗仪每个测试方向的平均阻力与相应方向应力波传播速度之间呈现一定相关性,相关系数 r ﹥0.5;每个测试断面上的整体平均阻力与应力波平均传播速度之间有显著的相关性,相关系数 r ＝0.817。这为联合两种仪器的检测结果制定一个表征立木腐朽程度的量化指标奠定了基础。     

含水率对山核桃树木材应力波频谱的影响

对5组山核桃(Carya cathayensis)木材健康试样和5组腐朽试样在不同含水率下的应力波频谱进行测试,分析应力波频谱中共振频率随含水率的变化规律。结果表明:含水率是影响木材中应力波频谱的重要因素,应力波频谱中的共振频率随含水率的增加呈逐渐下降趋势,在含水率低于纤维饱和点时,应力波频谱中共振频率随含水率下降幅度相对较大,反之则较小,且对高频部分共振频率的影响比低频部分共振频率较大;健康和腐巧两种试材含水率与应力波频谱中共振频率之间的线性回归模型拟合优度较高,相关系数R2均高于0.93。     

竹材介电性质研究

研究了毛竹不同部位、竹龄、纹理、含水率和测试频率对介电常数和介质损耗角的影响.结果表明:在纤维饱和点以下,介电常数随着含水率的增大而增加缓慢,在纤维饱和点附近,介电常数随着含水率的增加而急剧增加,高于纤维饱和点后,介电常数和含水率成近似线性关系；纵向介电常数大于径向和弦向介电常数,径向介电常数和弦向介电常数间差异不显著；频率低于6kHz时,介电常数随着着频率的增大减小明显,频率高于6kHz后,介电常数随着频率的增加变化缓慢；竹龄、部位因素对竹材介电性能的影响规律不显著.     

应力波木材无损检测信号采集系统

应力波木材无损检测技术可在不破坏木材使用性能的前提下,快速的检测出木材的尺寸、规格和基本物理性质等,基于此优点,应力波无损检测技术近几年越来越受到青睐。应力波在木材中传播时,如遇到裂缝、孔洞、裂纹等界面不连续处,就会发生反射、折射、散射和模式转换,对缺陷有很高的敏感性。基于应力波的这种敏感性,本文对应力波在木材中传输时的信号进行采集,通过对采集信号进行频谱分析、小波变换等处理,可进一步得到应力波在木材中的传播速度等参数,从而为鉴别木材的缺陷提供更多的信息。     

应力波木材无损检测技术应用及研究进展

文中概述了应力波传播机理及应力波木材无损检测技术的优缺点与工作过程，介绍了现阶段木材无损检测领域内常用的几种应力波木材检测设备，对其特点进行了分析，并从力学性能检测、内部缺陷检测和影响应力波传播速度的因素3个方面对应力波木材无损检测技术的研究进展进行总结分析，预测其发展前景，以期为该领域的进一步研究提供参考。     

轻型木结构规格材弹性模量的两种无损法检测与评级

根据动力学测试理论,采用频率法与应力波法,分别测量一批SPF规格材试件的频率和应力波传播速度;并通过自由梁一阶弯曲频率公式与应力波法公式推算得其弹性模量值。结论表明,两种方法得到的弹性模量数值是相同的;82%的SPF规格材试件的弹性模量高于GB50005-2003《木结构设计规范》Ⅱ。级设计要求。笔者提供的测试方法有助于提高我国轻型木结构建筑用材等检测技术水平。     

应力波在旱柳立木内的传播规律分析及其安全评价

应用应力波对东北林业大学校园内的40株旱柳进行检测,获取样本树120个横断面的二维应力波图像及波速矩阵.依据图像,把立木横断面腐朽状况分为尤腐朽、心腐、边腐、心腐边腐共存断面等4类.进一步分析表明:应力波在健康立木横断面内径向传播速度最快,并且波从某一传感器到其余传感器(按顺时针计)的速度变化是先增后减的趋势;立木腐朽会导致应力波传播速度降低,应力波在心腐立木横断面内传播趋势不是先增后减,而变成非常平坦的曲线.因此,可以利用应力波波速的变化来对立木内部腐朽进行估计.另外,根据应力波检测成像结果可以识别腐朽面积及位置,并能够依据断面t/R值对旱柳行道树的安全性进行初步评价.     

弦向角对应力波在原木横截面传播速度的影响

为了研究应力波在原木横截面上传播时应力波波速的变化规律及其影响因素,选择柞木、红松、臭冷杉和大青杨4个树种的原木为试验材料,在原木的横截面上,测试不同弦向角所对应的应力波波速,并用MATLAB软件对弦向角和应力波波速进行曲线拟合。结果表明:1)随着弦向角的增加,应力波在柞木、红松、臭冷杉和大青杨原木横截面上的传播速度均呈3次曲线趋势增加;2)当弦向角大于36°时,应力波在大青杨原木横截面上的传播速度最快,在柞木原木横截面上的传播速度最慢;3)应力波在柞木、红松、臭冷杉和大青杨原木横截面上的径向最大传播速度分别为1109.0,1220.4,1245.8和1618.3m·s-1。     

木材干燥后养生期间含水率及应力变化特点

以窑干处理后的鞋木和格木为研究对象,分别在恒温恒湿箱和室温环境下进行养生处理,研究养生期间木材内部含水率、应变和应力的波动情况。结果表明:养生处理可有效降低木材内含水率梯度和内部应力,且恒温恒湿箱养生处理的时间(6 d)显著短于室温养生处理时间(22 d);养生处理过程中,木材内部含水率由芯层高、表层低的非稳态逐渐趋于平衡,木材表层的塑化结壳经吸湿润胀,由拉伸应变转换为压缩应变,当表层含水率达到最大值时,出现最大压缩应变及压应力;芯层含水率随着含水率梯度的减小,逐步趋于平衡。室温环境下对木材进行养生处理的效果不显著。     

基于射线分割的林木应力波断层成像算法

【目的】提出一种基于射线分割的林木应力波断层成像算法,研究应力波在林木横截面上的信号分布情况,提高应力波断层成像精度,准确反映林木内部缺陷的位置、大小和腐朽程度。【方法】选取4株原木样本(松树、乌桕)和4株活树样本(香樟、圆柏、柳树)进行应力波断层成像试验,利用FAKOPP应力波检测仪采集样本横截面应力波数据。首先校正采集的应力波速度,绘制应力波传播射线图,对成像区域进行网格划分;然后分割每一条应力波传播射线,基于已知射线传播速度估算待分割射线上多条线段的速度,增加应力波信号量,得到改进的应力波传播射线图;最后根据改进的应力波传播射线图估算成像区域内网格单元的速度,结合图像处理方法,生成断层图像。为验证算法的可行性,使用Resistograph微钻阻力仪评估活树内部健康状况。【结果】基于射线分割的林木应力波断层成像算法能够较准确地重建4株原木样本的断层图像。使用Resistograph微钻阻力仪对活树进行多路径钻探,与阻力曲线图相比发现,基于射线分割的林木应力波断层成像算法生成的断层成像具有较高精度。【结论】基于射线分割的林木应力波断层成像算法可提高初始网格单元速度的准确性和相关性,能够实现林木内部缺陷的高精度成像,适用于林木无损检测。     

三种无损检测技术对桉木材性预测的研究进展

随着木制品需求量的进一步加大,提高木材产量和质量是缓解其供量不足压力的有力措施。对林木进行早期、快速、无破坏性的调查研究,筛选材质优良、生长量大的遗传品质,进而缩短制种和培育年限。本文综述了Pilodyn仪,Fakopp应力波测速仪和CIRAD-Forêt生长应力测定仪3种无损检测技术的原理和在桉树材性预测上的研究进展。Pilodyn探测值与木材边缘密度呈显著负相关;Fakopp测量值折算的应力波传播速度与动态弹性模量呈正相关;轴向生长应力对木材缺陷有一定的预测作用。建议在今后的研究中,要进一步加强无损检测技术在桉树培育中的应用,通过早期预测筛选具有优良遗传品质的单株,为定向培育优质桉树木材奠定前期基础。