木材模拟声发射源的产生与特性

针对如何人为模拟木材损伤声发射(AE)源信号问题,采用折断铅芯、薄木条2种方式分别在樟子松、榉木试件中产生模拟AE源.通过小波处理、信号相关性分析,研究不同模拟AE源的信号特征和传播速度.其中折断铅芯试验依照ASTM-E976标准;折断薄木条产生模拟AE信号试验是在试件端面施加冲击力,引起断裂,以模拟木材发生点断裂时产生的AE信号.所有试验的AE信号采样频率均设定为500 kHz.依据木材AE信号的频率范围,采用5层小波分析的方法重构AE信号波形,进而分析2种模拟AE源信号的频率组成与分布.最后,采用两点时差定位法计算2种AE信号在试件顺纹理方向的传播速率.结果表明:2种方式产生的AE信号的频率组成和分布没有明显差异.折断樟子松、榉木试件端面薄木条产生的AE信号在断裂初期、断裂阶段的平均传播速度分别为786.5、1085.1 m·s-1和1145.2、1557.6 m·s-1;折断铅芯时,AE信号在樟子松、榉木试件中的平均传播速度分别为760.9、1120.5 m·s-1.折断铅芯产生的模拟AE源能够较好地反映木材在特定损伤阶段产生的AE信号频率特征,但在研究木材AE信号传播规律时,折断薄木条试验方法更为客观.     

基于奇异谱和相关性分析的木材声发射源直线定位算法研究

针对木材声发射（acoustic emission,AE）信号的随机特性,提出了一种基于奇异谱和信号相关性分析的木材表面AE源直线定位算法。首先,依据ASTM标准通过折断铅芯的方式分别在樟子松和榉木试件表面产生AE源,并在顺纹理方向布置2个AE传感器,其中采样频率设置为500 kHz。然后,采用奇异谱分析（singular spectrum analysis,SSA）算法提高AE信号的信噪比,再分别基于信号相关性和最大值分析2种方法计算AE信号在木材表面顺纹理方向的传播速度。最后,依据AE信号传播时差和计算速度,基于时差定位原理设计AE源定位算法。并针对SSA处理前后的AE信号,采用不同定位算法进行比较试验。结果表明,直接对原始AE信号采用基于信号相关性和最大值分析方法确定信号传播速度时,樟子松试件2个不同位置AE源的定位误差分别为51.8%、55.7%和75.7%、46.6%;榉木试件2个不同位置AE源的定位误差分别为52.0%、44.8%和37.7%、45.5%。而对于经SSA处理后的AE信号,樟子松试件相应的定位误差分别为5.1%、33.2%和2.6%、31.7%;榉木试件相应的定位误差分别为3.1%、54.9%和5.1%、22.9%。因此,对原始AE信号进行SSA降噪处理后,再基于信号相关性分析方法确定信号传播速度,能够显著提高木材表面AE源的定位精度。     

基于信号相似度小波重构与时差的胶合木表面声发射源定位

针对声发射（acoustic emission,AE）信号在胶合木表面各向异性传播时的AE源定位问题,提出一种基于信号相似度小波重构与时差的表面AE源定位算法。首先,依据ASTM-E976标准通过铅芯折断在试件表面产生AE源,并采用NI高速采集设备构建基于LabVIEW的3通道AE信号采集平台,采样频率设定为500 kHz。其次,设计一种基于信号相似度的自适应小波重构算法,对原始信号进行降噪并重构AE信号波形。最后,依据试验结果拟合得到AE信号在胶合木表面360°范围内的传播速度公式,结合AE信号的传播规律设计AE源定位算法,并产生AE源以测试定位效果。结果表明,2组胶合木表面的AE源定位误差分别为5.2%、5.3%,基于信号相似度小波重构与时差的胶合木表面AE源定位算法能够有效地确定声发射源的位置。     

应用小波谱白化法对木材表面声发射源直线定位算法的改进

针对信号噪声显著影响木材表面声发射(AE)源定位精度的问题,提出了一种应用小波谱白化与信号互相关分析的木材表面AE源直线定位算法.首先,依据ASTM-E976标准采用折断铅芯的方式在木材表面产生模拟声发射源,在试件表面相距固定距离的两个位置采集AE信号,采样频率设定为500 kHz.然后,提出一种应用信号相关度的自适应小波重构算法,用于降低噪声影响并重构AE波形,为了补偿AE传播过程高频部分的衰减,提出了一种小波谱白化重构算法.最后,通过信号相关性分析,计算AE信号到达两个传感器的时差,进而计算AE信号的传播速度,并依据直线定位法计算AE源的位置.试验结果表明:使用原始、自适应小波重构、小波谱白化重构的3种AE信号进行AE源定位时,两组试验的误差分别为42.9％、25.1％、2.5％和37.7％、35％、4.1％.AE信号重构算法将直接影响定位算法精度,特别是使用小波谱白化法能够显著提高AE源定位算法精度.     

L型结构木材中声发射信号传播特征

针对木材结构尺寸及介质改变对应变能传播的影响,研究应力波在变结构的L型试件中的声发射（acoustic emission,AE）特性。首先,参照ASTM-E976标准,在樟子松L型试件表面不同位置产生AE源,并利用采样频率为500 kHz的AE采集系统获取试件表面4个固定位置的AE信号。其次,依据小波分析原理对原始AE信号进行降噪并重构AE波形,进而研究木材结构变化对AE信号频域特征的影响。最后,基于对比分析,研究空气介质对于信号传播特性的影响。结果表明,当AE源位于锯材处时,信号以纵波和横波混合的形式单向传播,木材的结构变化主要影响低频信号成分,使得信号呈现高频带分布;而空气介质对于其时频域均有显著影响;当AE源位于薄板时,木材结构变化、传播路径及空气介质对于AE信号时频域特性均有显著影响。     

基于小波谱白化与自适应小波重构的木材损伤声发射源直线定位法研究

针对木材断裂声发射（acoustic emission,AE）信号源定位问题,提出了一种基于小波谱白化与信号相关性分析的木材表面AE源直线定位算法。首先,为得到木材断裂时产生的AE信号,使用万能力学试验机进行三点弯曲加载试验,在试件表面相距固定距离的3个位置采集试件断裂时产生的AE信号,设置采样率为500 kHz。然后,为合理补偿AE信号在传播过程中损失的高频部分提升信号分辨率,提出一种小波谱白化算法。为降低噪声信号的影响,提出了一种自适应的小波重构算法。最后,通过信号相关性分析法,计算信号到达各传感器的传播时差,并采用基于时差直线定位算法进行AE源定位。结果表明,木材断裂过程中,AE信号通过木材表面和木材内部2种途径传播,由于传播介质不同造成不同的传播速度。使用原始、小波谱白化重构、自适应小波重构的3种AE信号进行AE源定位时,木材表面AE源的定位误差为11.3%、2.6%、3.7%,木材内部AE源的定位误差为10.7%、2.9%、4.5%。AE信号的重构算法直接影响基于时差的AE源定位算法精度,特别是使用小波谱白化法能够显著提升AE信号分辨率同时提升计算时差的准确性进而提升AE源定位精度。     

花旗松胶合木梁声发射信号及其传播特征研究

针对胶合木梁声发射无损检测问题,研究花旗松胶合木梁声发射信号时频域特征及其传播规律,以及微弱声发射信号的小波分析方法。首先采用NI高速数据采集设备及LabVIEW软件构建木材声发射信号采集平台,然后通过铅芯折断模拟声发射源,分析声发射信号在表面和厚度方向上的时频域特征及传播速率,最后针对铅芯滑动引起的微弱声发射信号,采用小波分析方法重构声发射信号波形。研究表明,采用铅芯折断模拟声发射源时,花旗松胶合木梁表面和厚度方向的声发射信号频率都集中在70kHz左右,且声发射信号沿表面传播速率更大,但沿厚度方向的信号衰减更加明显。对于"淹没"在噪声中的微弱声发射信号,采用小波分析的方法能够有效重构声发射信号波形。研究结果为花旗松胶合木梁声发射无损检测提供必要的基础理论依据。     

马尾松胶合木胶层对声发射信号传播特性的影响

采用NI高速采集设备构建木材声发射信号采集平台,通过铅芯折断的方式在马尾松胶合木表面模拟产生AE源。然后对采集的原始信号进行5层小波分解并重构AE信号波形,进而获得AE信号的时频域特征。最后,根据信号相关性分析和时差定位方法,研究AE信号沿胶接横纹和指接横纹方向上的传播速率。研究表明,AE信号在胶合木表面传播时,AE信号中频率较低的成分在通过胶层时能量衰减更加显著,并且在胶接横纹和指接横纹方向上的传播速率存在明显差异,进一步指出指接胶层对信号传播速率的影响比胶接胶层更明显。     

基于小波分析的樟子松表面和内部声发射信号频域研究

为准确计算樟子松断裂时在表面和内部传播的声发射（acoustic emission,AE）信号传播速度，对樟子松表面和内部传播AE信号的有效频段进行研究。为得到樟子松断裂时候产生的AE信号，使用万能力学试验机进行三点弯曲压断试验，并在试件表面相距固定距离的2个点采集原始AE信号。为得到不同频段的AE信号，对原始AE信号进行小波分解并重构AE波形。针对不同频段的AE信号，采用信号相关性分析法计算信号到达2个传感器的传播时差，以此计算AE信号的传播速度。根据AE信号在不同介质中的传播规律以及AE信号的传播速度判断AE信号的传播介质和AE信号的主要频率。结果表明，当AE信号在樟子松表面传播时，AE信号的有效频段为15~62 kHz。当AE信号在樟子松内部传播时，AE信号的有效频段为125~250 kHz。使用有效频段内信号计算AE信号的传播速度，可显著提升计算得到的AE信号传播速度的准确性。     

木材表面声发射信号源的三角形定位方法

为了确定木材表面声发射源的发生位置,首先采用高速采集设备设计了基于Lab VIEW的多通道声发射信号采集平台,并采用小波分析方法从原始声发射信号中析取有用信号;然后根据信号传播的时延差确定声发射信号在木材表面的平均传播速率;最后依据基于时差的三角形几何定位原理,提出木材表面声发射信号源定位方法,并通过铅芯模拟声发射源的测试试验加以验证。结果表明该方法能够以较高的精度确定木材表面声发射信号源位置。     

不同种源地北美鹅掌楸光合特性研究

以3个种源地北美鹅掌楸无性系为试验材料,利用LI-6400XT便携式光合测定系统,研究了净光合速率日变化及对有效光辐射和CO₂的响应等光合特性。结果表明,宾夕法尼亚种源和俄亥俄种源北美鹅掌楸的P_n日变化曲线呈双峰型,具有明显的午休现象,峰值出现在10:00和14:00,纽约种源北美鹅掌楸不具有明显的午休现象。光响应曲线和CO₂响应曲线数据分析表明,纽约种源北美鹅掌楸光饱和点（1 180.4 μmol·m^-2·s^-1）和光补偿点（10.27 μmol·m^-2·s^-1）均高于另外2个种源。这种趋势也同样适用于CO₂饱和点（1 595.0 μmol·m^-2·s^-1）和CO₂补偿点（107.5 μmol·m^-2·s^-1）。在北方低光照环境下,纽约种源较高的光补偿点和CO₂补偿点,不利于有机物的积累,宾夕法尼亚种源对光照和CO₂要求较低,更适合北方环境。     

CFRP-木材复合材界面I型断裂特性研究

采用基于断裂力学能量释放率理论的双悬臂梁试验方法对CFRP与落叶松及杉木复合界面断裂韧性进行了研究。结果表明,CFRP-木材界面断裂韧性优于木材间界面,界面两侧材料的差异性有助于改善界面裂纹的失稳扩展;界面面内裂纹尖端应力巨大,扩展主要发生在界面层内;复合材试件状态对断裂韧性影响较大,干状态时复合材断裂韧性较小,水分增加有利于抵抗裂纹扩展。断裂韧性可作为界面强度评价参数,干状态时CFRP与落叶松间界面为673.24 N·m^-1,CFRP与杉木间界面为438.14 N·m^-1。     

不同氮素条件下米槁光响应曲线拟合模型的比较分析

分析了施氮量对米槁幼苗光响应曲线的影响。采用砂培法,设置4种不同的氮素浓度,利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型等6种模型对米槁叶片进行光响应曲线拟合。此外,也对相关光合参数的响应过程做了探讨。结果表明,在不同氮素处理下,修正模型拟合的各项光合参数结果与实测值比较接近。其中,在N3处理下,米槁幼苗LSP(1 722.041 μmol·m^-2·s^-1)、P_nmax(8.295 μmol·m^-2·s^-1)、AQE(0.027 μmol·m^-2·s^-1)均大于其他处理,LCP(13.769 μmol·m^-2·s^-1)小于其他处理;且随着施氮量的增加,米槁叶片叶绿素含量、净光合速率P_n、气孔导度G_s、蒸腾速率T_r呈增大的趋势,胞间CO₂浓度C_i呈下降的趋势。因此,增施氮量能够显著改变米槁对光的适应幅度,提高叶片光能利用率。     

四个观赏海棠品种光合特性比较研究

为比较引种观赏海棠品种间光合特性,以海棠粉芽、红宝石、凯尔斯和绚丽为试材,测定了净光合速率(P_n)、胞间CO₂浓度(C_i)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)等光合生理指标和光响应曲线。结果表明:凯尔斯净光合速率的日变化呈单峰型,但粉芽、红宝石和绚丽的净光合速率的日变化呈双峰型。胞间CO₂浓度日变化均呈V型曲线变化,均为早、晚高,中午低;气孔导度日变化曲线为单峰型和双峰型;蒸腾速率日变化曲线均为单峰型,出现峰值时间为10:00—14:00;水分利用效率日变化曲线呈多种类型,均表现为上午高、下午低;凯尔斯的最大净光合速率、光饱和点和表观量子效率最高,绚丽光补偿点最低,红宝石暗呼吸速率最低;4个观赏海棠品种净光合速率平均值为:凯尔斯(8.33 μmol·m^-2·s^-1)>绚丽(7.71 μmol·m^-2·s^-1)>粉芽(7.29 μmol·m^-2·s^-1)>红宝石(5.57 μmol·m^-2·s^-1)。综上,凯尔斯光合能力最强,且对光照要求低,可广泛栽植;红宝石光合能力最弱,且对光环境适应性较窄,可作为盆栽海棠新品种;粉芽表现为喜光型,应栽植在光照充足的地区;绚丽具有较强的弱光利用能力,可与其他树种混栽,栽植在光照较弱的地区。     

不同栽植年限小叶杨与胡杨杂交种（小×胡杨）光合响应特性比较

了解不同光强对小×胡杨气体交换参数的影响,可为进一步评价小×胡杨新品种适应性提供基础数据,为乌兰布和沙漠东北部防护林体系的更新及造林树种选择提供一定的理论依据。利用Li-6400xt便携式光合仪测定了不同光强下小×胡杨的光合生理参数,利用非直角双曲线模型,拟合植物叶片净光合速率（P_n）与光合有效辐射（PAR）的关系,计算光饱和速率（A_max）,光饱和点（LSP）,光补偿点（LCP）,表观量子效率（AQY）,暗呼吸效率（RD）等光合生理参数。结果表明,在光合有效辐射（PAR）0～1 500 μmol·m^-2·s^-1范围内,不同栽植年限小×胡杨净光合速率均随着光合有效辐射（PAR）的增强而增加,当光合有效辐射（PAR）为1 500 μmol·m^-2·s^-1时,曲线处于缓慢上升趋势,小×胡杨还没有达到光饱和点。不同光合有效辐射,净光合速率值均表现为3年>2年>1年生,1年、2年、3年生小×胡杨之间的净光合速率差异显著（P<0.05）。3年生小×胡杨的光饱和速率（A_max）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）、表观量子效率（AQY）最高。1年生小×胡杨的暗呼吸速率最大,3年小×胡杨的暗呼吸速率最小。在光合有效辐射（PAR）0～1 500 μmol·m^-2·s^-1,不同栽植年限小×胡杨气孔导度（G_s）均随光合有效辐射（PAR）的增加而增加,而胞间CO₂ 浓度（C_i）均呈逐步下降的趋势;随着有效光辐射的逐步增强,不同栽植年限小×胡杨蒸腾速率逐渐增加,变化趋势都较缓慢平稳,蒸腾速率对光合有效辐射（PAR）的变化并不敏感。当光合有效辐射<600 μmol·m^-2·s^-1,1年、2年、3年生小×胡杨水分利用效率增加迅速,当光合有效辐射>600 μmol·m^-2·s^-1,随着光强的增强,3年生小×胡杨水分利用效率继续缓慢上升,但1年、2年生的小×胡杨水分利用效率趋于平缓甚至下降。综合分析,1年、2年、3年生小×胡杨具有高光合,高水分利用效率和相对较低的蒸腾速率的特点,表现出了对当地生态气候的良好适应性。     

应用AE和DIC原位监测含横纹裂纹木构件的裂纹演化规律试验研究

目的含横纹裂纹木构件的缺陷会使其在弯曲载荷下发生横纹断裂,研究含横纹裂纹木构件在载荷作用下微裂纹的萌生和扩展规律,对含横纹裂纹木构件断裂损伤的预判和评估具有重要的意义。方法以杉木为研究对象,基于声发射（AE）技术和数字图像相关法（DIC）对已预制横纹裂纹的木试件三点弯曲损伤过程进行了实时原位监测,采用声发射参数分析法研究了加载过程中微裂纹萌生和失稳扩展的声发射特征,同时结合裂尖区域的应变和位移变化信息分析木试件表面裂纹起裂和扩展的应变特征。结果含预制横纹裂纹木试件的损伤演变过程中的声发射和数字图像测量结果,所反映的微裂纹萌生、扩展规律一致,验证了声发射振铃计数、能量和幅度对裂纹损伤过程的预判。其中声发射振铃计数、能量、幅度可有效预报木试件微裂纹的萌生,木试件表面应变的变化可以有效观测裂纹萌生和扩展区域的演变。结论建立了木材微裂纹萌生、扩展行为与声发射参数和表面应变之间的对应关系,并成功地构建了基于声发射技术和数字图像相关法的原位监测含横纹裂纹木构件裂纹损伤演化的测量和评价体系,试验结果为进一步研究含横纹裂纹木构件裂纹演变行为的损伤机理和原位监测方法提供了参考依据。      

不同覆盖栽培年限雷竹林光合生理研究

为揭示覆盖栽培竹林生理生态变化机制,给竹林生态修复技术研究提供依据,分别对覆盖0、3、6、9 a和12 a雷竹林光合性状和光响应特征等进行研究。结果表明:竹林净光合速率（P_n）随覆盖年限增长,逐渐减小,在覆盖6 a时显著减小;气孔导度（G_s）随覆盖年限增长,逐渐减小,覆盖9 a时显著减小;覆盖6 a后竹林胞间CO₂浓度（C_i）均高于覆盖0、3 a竹林;蒸腾速率（T_r）总体随竹林覆盖年限增长,逐渐减小,在覆盖3 a时即显著减小;竹林水分利用效率（WUE）以覆盖3 a竹林最高,覆盖12 a竹林最低;P_n与G_s呈极显著正相关,与T_r呈显著正相关,与C_i呈负相关,但相关不显著;竹林光响应过程中,光合有效辐射（PAR）达20 μmol·m^-2·s^-1后,覆盖3 a竹林P_n均高于其他竹林,PAR升高至400 μmol·m^-2·s^-1后,各竹林P_n以覆盖12 a竹林最低;覆盖3 a竹林潜在最大净光合速率（P_max）最大,覆盖12 a竹林最小;覆盖0 a竹林光补偿点（LCP）最低,覆盖6 a后竹林LCP均在10.000 μmol·m^-2·s^-1以上;覆盖6 a竹林光饱和点（LSP）最高,达737.703 μmol·m^-2·s^-1。结论认为:覆盖对竹林光合作用起到制约作用,覆盖时间越长,竹林越难以形成可持续生产力;竹林覆盖至第6年,光合生理发生显著减弱,竹林种群受覆盖胁迫越来越严重,此时,需要及时养竹以更新竹林和采取有效的竹林恢复措施,同时,要重点开展竹林土壤生态修复技术研究,以促进实现竹林可持续经营。     

小型农业养殖塘上大气湍流特征的观测分析

为明确小型水体上的大气湍流特征和涡度相关系统的适用性,基于2018年安徽省滁州市全椒县官渡村小型农业养殖塘的通量观测数据,分析该地的大气稳定状态、湍流方差相似性、湍流速度谱和协谱、湍流强度及湍流动能的变化特征。结果表明,该小型农业养殖塘上1 d内约21 h大气处于不稳定状态;Monin-Obukhov相似理论适用于该农业养殖塘;三维风速归一化标准差随大气稳定度的变化符合1/3次方规律,不稳定条件下的拟合效果优于稳定条件下,且以垂直方向上拟合效果最佳,温度和湿度的归一化标准差在大气不稳定时符合-1/3次方规律;三维风速的湍流谱在惯性子区中符合-2/3次方关系,垂直风速与标量的协谱在惯性子区中符合-4/3次方规律,涡度相关系统能够观测该小型农业养殖塘上的感热、潜热和CO₂通量;该小型农业养殖塘上的湍流强度随风速衰减的速度快于大型湖泊,风速大于1 m·s^-1时湍流强度趋近于常数,且水平方向上的湍流强度大于垂直方向;该小型农业养殖塘上的湍流动能在中性条件下最大（3.0 m²·s^-2）,且以风切变贡献为主;湍流动能随风速增大而增大,并呈现昼高夜低的变化特征。上述结果可为明确小型水体上的大气湍流特征及小型农业养殖塘与大气之间能量和物质的交换机制奠定一定的理论基础。     

12个网纹草品种的光合光响应曲线(简报)

测定了12个网纹草主要栽培品种的光合光响应曲线,通过曲线拟合和计算得到光饱和点、光补偿点等光合作用参数。结果表明:各品种最大光合速率均比较低,最高的是‘Red Star’,仅为4.74μmol·m^-2·s^-1;所有品种的光饱和点均在240～521μmol·m^-2·s^-1,因此在栽培时应控制光照条件,PAR小于520μmol·m^-2·s^-1为宜,否则易发生日灼;所有测试品种的光补偿点均小于7μmol·m^-2·s^-1,说明这些网纹草品种均可适应室内极弱光照条件。     

3个苹果品种气体交换特性及其对环境因子的响应

利用Li-6400光合作用系统对3个苹果品种（富士、早富一号、新富一号）的净光合速率（P_n）、气孔导度(G_s)、胞间CO₂的浓度（C_i）、蒸腾速率（T_r）和水分利用效率（WUE）以及光响应曲线等生理指标进行测定、对比分析。结果表明:1）3个苹果品种均是高光合、高蒸腾、高水分利用效率的品种,富士光饱和点(LSP) 和光补偿点(LCP)分别为1 542.8 μmol·m^-2·s^-1、30.4 μmol·m^-2·s^-1,早富一号LSP和LCP分别为1 618.8 μmol·m^-2·s^-1、26.6 μmol·m^-2·s^-1,新富一号LSP和LCP分别为1 189.4 μmol·m^-2·s^-1、41.8 μmol·m^-2·s^-1。2）富士的P_n、T_r日变化呈“单峰”曲线;早富一号、新富一号的P_n、T_r日变化均呈“双峰”曲线分布,并且存在光合“午休”现象。3）影响富士P_n、T_r日变化的主要内外界环境因子及作用大小的顺序分别依次为:PPFD>G_s、RH>T_air >G_s;影响早富一号P_n、T_r日变化的主要内外界环境因子以及作用大小的顺序分别依次为:PPFD >G_s>RH、RH>T_air>G_s>PPFD;影响新富一号Pn、T_r日变化的主要内外界环境因子以及作用大小的顺序分别依次为:PPFD >G_s > RH>T_air、RH>T_air >G_s> PPFD。