树木内部应力波传播速度模型

为了提高应力波技术在活立木无损检测应用领域的可行性,分析了应力波在健康树木中的传播规律,并建立了应力波传播速度数学模型。针对银杏Ginkgo biloba等不同树种的健康树木进行了多组实验,并利用树木断层成像技术对提出的应力波传播速度模型进行验证。结果表明:在健康树木中,方向角θ与传播方向速度vT和径向速度vR比值之间的关系为vT/vR≈-0.2θ2+1,与所提出的理论模型吻合,方向角θ与应力波传播速度之间的线性回归模型拟合度较高,决定系数高于0.95。提出的应力波传播速度模型不受树种变化影响。     

含水率和密度对木材应力波传播速度的影响

为了用应力波检测木材含水率,采用ARBOTOM 应力波测试仪测量了木材径向不同位置上的试件在不同含 水率(0 ~65%范围内)条件下的应力波纵向传播速度。结果表明:木材中应力波传播速度随含水率的下降而增加; 当含水率低于纤维饱和点时,传播速度随含水率下降增加较大,其中山毛榉的增幅为17.4% ~19.5%,落叶松的增 幅为18.2% ~20.8%;当含水率高于纤维饱和点时,传播速度随含水率下降增加较小,其中山毛榉的增幅为6.0% ~ 7.9%,落叶松的增幅为8.0% ~10.6%。当含水率相同时,应力波在同一树种木材不同位置上的传播速度不同,这 与木材不同位置的基本密度差异有关。应力波传播速度随木材基本密度的增大而增大,其中山毛榉木材的增幅为 17.5% ~20.8%,落叶松木材的增幅为12.7% ~ 14.5%。同一树种内的任意含水率下,基本密度不同时应力波传 播速度之间差异显著,传播速度和基本密度之间存在较好的正相关线性关系。不同树种之间,传播速度和基本密 度之间没有明显关系,这可能与不同树种之间的成分差异有关。      

半群 Sn ( k ) 的秩

设Singn是[n]上的奇异变换半群.对任意1≤k≤n-1,研究半群Sn(k)={α∈Singn:x∈[n],x≤k■xα≤k}证明了S_n(k)是由秩为n-1的幂等元生成的,并得到半群S_n(k)(k≠2)的秩和幂等元秩都为n(n-1)/2.同时,得到了半群S_n(2)的秩和幂等元秩都为n(n-1)/2+1.     

桂花树干无损检测定量分析

活立木的无损检测技术主要有超声波、应力波等,其中应力波检测技术具有成本低、效率高等特点,它通过测量应力波在木质内的传播速度,根据不同速度判断木质损伤状况。该文通过PiCUS Sonic Tomograph应力波检测仪对桂花树进行检测,探明了桂花树干内部腐损程度与应力波传播速度的对应关系。结果表明:随着损伤程度的增加,声应力波在桂花树内的传播时间增加,传播速度下降。     

应力波在冻结状态白桦活立木中传播速度的试验

在哈尔滨林业示范基地对应力波在冻结状态白桦活立木中的传播速度进行了测试,并运用SPSS统计软件包对测试结果进行了分析,与国内外已有的常温下应力波在活立木中传播速度的研究结果进行比较的结果表明:应力波在冻结状态白桦活立木中的径向传播速度明显高于常温情况;其纵向传播速度受含水率影响较大,二者成负相关.     

应力波在美国红松立木中传播机理的试验研究

为了解应力波在立木中的传播机理,本试验用3根新砍伐的美国红松原木来模拟立木,用FAKOPP应力波微秒计测量不同横截面上各个网格节点处的应力波到达时间。结果表明:1)在原木中纵截面上,应力波传播时间等值线在开始阶段为倾斜曲线;随着距离的增大,等值线倾斜度逐渐减小,直至最后与原木长度方向近似垂直。2)应力波到达同一个横截面各部位的时间差与传播距离和原木直径有关,传播距离越长,时间差越小;原木直径越小,时间差越小。3)应力波在中纵截面上,原木表层的传播距离与传播时间之间有很好的比例关系。     

冻结状态下应力波在长白落叶松立木中传播速度的研究

为进行冬季活立木健康检测和伐后原木内部缺陷无损检测,该文在冻结状态下,研究了应力波在长白落叶松活立木中的传播速度,以及光照条件对含水率及应力波在活立木中传播速度的影响。在室外温度0℃以下,利用FAKOPP Microsecond Timer等仪器测试了应力波在30棵树干通直且无缺陷的长白落叶松活立木中的纵向和径向传播速度。经过软件包SPSS统计分析,得出阴阳两面应力波的纵向传播速度分别为4 238.7和4 210.6 m/s,径向传播速度均值为1 834.5 m/s。同时,利用成对t检验法分析了光照条件对含水率及应力波在活立木中纵向传播速度的影响,并建立了回归方程。结果表明:①光照条件对含水率和应力波纵向传播速度有一定的影响,阴面含水率均值比阳面含水率均值低约1.6%,阴面应力波纵向传播速度均值比阳面的高约28.1 m/s。②含水率与应力波纵向传播速度呈显著负相关,阴阳两面的负相关系数分别为0.90和0.91。含水率每增加1%,阴阳两面应力波的纵向传播速度分别减小25.1和 22.9 m/s。      

海棠果树冲击振动动态特性的研究

为研究振动时能量传播的途径、方式以及树干、树枝各点的动态响应,进而为振动采摘果实提供必要的理论依据。将树干部分简化为圆柱弹性悬臂梁的力学模型,建立振动方程,对方程进行仿真运算,并结合试验所得结果进行对比分析。通过理论仿真运算可得,树干上各监测点的振动周期随距激振源距离的增大而增大;各监测点处加速度呈现的是简谐振动曲线,且监测点2的振动周期约为0.017 s;将树干视为等截面圆柱梁时,波在其上的传播速度基本恒定不变,约为100 m/s。试验中,各监测点处加速度呈现的是衰减振动曲线,且监测点2的振动周期约为0.028 s;波在树枝上的传播速度随其直径的减小而减小。激振源距树枝上各监测点的距离对其振动周期有较大的影响,且对于同一树干、树枝,振动周期随监测点距激振源距离的增大而增大;振动速度、加速度在树枝中是以波的形式传播的,树枝的直径对波的传播有较大的影响,且波的传播速度与树枝直径成正相关。     

面向古建筑木构件内部缺陷勘测的应力波临界速度确定

利用Fakopp应力波检测仪对北京市古建筑中较常使用材落叶松、琼楠、杉木进行检测,结合统计学中置信区间估算方法,处理应力波仪检测出的应力波在健康材料中的传播速度,总结出一套古建筑木构件现场缺陷检测的应力波传播临界速度的计算方法,期望利用此方法建立一个应力波速度检测依据,使在今后现场检测当中能快速、准确判断出古建筑木构件中是否存在缺陷及缺陷的位置,以便进一步的检测.     

红松活立木内部腐朽程度的定量检测1）

在凉水实验林场（凉水国家级自然保护区）选取了21个红松活立木截面,用Arbotom应力波测试仪和Resistograph阻抗仪进行腐朽程度检测,得到两种检测方法的腐朽程度表征,即应力波传播速度与阻抗仪阻力曲线。用生长锥在各个横截面上分别取2根长度为25 cm的木芯,在实验室测得木芯质量损失率和含水率。然后利用最小二乘法分别建立应力波传播速度和阻抗仪阻力损失值与木材质量损失率的线性方程,进而分析应力波与阻抗仪检测表征与木材腐朽程度的关系。结果表明：应力波传播速度与质量损失率之间有较强的负相关关系（R＝0．698,P＜0．01）,且应力波检测结果需要根据影响因素进行适当修正。阻抗仪阻力损失值与质量损失率之间有显著的正相关关系（R＝0．851,P＜0．01）。两种方法都能有效地检测活立木的腐朽程度。     

红松活立木内部腐朽程度的定量检测

在凉水实验林场(凉水国家级自然保护区)选取了21个红松活立木截面,用Arbotom应力波测试仪和Resistograph阻抗仪进行腐朽程度检测,得到两种检测方法的腐朽程度表征,即应力波传播速度与阻抗仪阻力曲线。用生长锥在各个横截面上分别取2根长度为25 cm的木芯,在实验室测得木芯质量损失率和含水率。然后利用最小二乘法分别建立应力波传播速度和阻抗仪阻力损失值与木材质量损失率的线性方程,进而分析应力波与阻抗仪检测表征与木材腐朽程度的关系。结果表明:应力波传播速度与质量损失率之间有较强的负相关关系(R=0.698,P0.01),且应力波检测结果需要根据影响因素进行适当修正。阻抗仪阻力损失值与质量损失率之间有显著的正相关关系(R=0.851,P0.01)。两种方法都能有效地检测活立木的腐朽程度。     

应力波在落叶松活立木中传播二维模拟研究

近年来应力波技术用于活立木材质无损检测与评价的研究,受到了广泛的关注。主要研究集中在应力波在活立木中传播速度的测量,即通过应力波波速预测活立木木材质量。目前对应力波在活立木中的传播形式,还缺乏了解。通过二维数值模拟研究应力波在活立木中的传播形式,并将模拟结果与野外测量实验结果对比。树干被看作是正交各向异性圆柱体,应力波沿与树干成45°方向导入,利用COMSOL Multiphysics软件对应力波在树干中传播波阵面进行了模拟计算。模拟计算结果与野外实验结果有很好的一致性,应力波传播波阵面在开始阶段为倾斜曲线,都弯向脉冲力输入点;随着距离的增大,波阵面倾斜度逐渐减小,直至最后与原木长度方向近似垂直。     

Bcklund变换下一类Burgers方程精确解分析

形如ut=F(u,ux,uxx)的非线性偏微分方程由可积系统vx=P(v,u,ux),vt=Q(v,u,ux)定义的Bcklund变换u→v分类,其最简Burgers方程为ut=uxx+2uux,相应的可积系统是vx=(λ+v)(u-v),vt=(λ+v)(u2-ux-uv)-λ(λ+v)(v-v),其中,λ是任意常数。将Bcklund变换连续n次作用于Burgers方程的零解u0(x,t)≡0,并且每次取不同的参数λk(1≤k≤n),得到了Burgers方程的精确解un(x,t),并揭示了Burgers方程光滑和(或)奇异扭结解相互作用的过程。     

木材径切面内部缺陷的应力波成像算法

为了获得木材径切面上的缺陷形状、大小和位置,提出一种木材径切面内部缺陷成像的方法。首先,基于应力波在木材径切面上的传播规律,提出一种木材径切面上的应力波速度修正方法。将应力波速度转换为径切面上的若干个预估点的值,结合反距离加权插值（IDW）法提出一种速度修正插值（VCI）方法。最后,使用VCI方法在不同树木样本上进行了木材径切面缺陷的二维成像实验。结果表明:①VCI方法可以重建木材内部缺陷大小以及缺陷位置,缺陷成像结果与真实的缺陷情况相吻合。②对比IDW方法的成像结果,VCI方法对缺陷的大小以及缺陷形状、位置的成像结果有较大提高。③利用混淆矩阵方法对VCI与IDW方法进行定量分析表明,VCI方法的平均准确率、平均精确度和平均查全率均高于IDW方法,说明VCI方法成像效果的可行性和有效性。     

多相流管道输量突增的瞬态效应试验研究

在大型多相流环道上进行了液量增加的瞬态试验，讨论了试验中的瞬态效应。当液相流量快速增加后，压力波首先传播到管道各点，压力发生扰动，一般时间后空隙传播到各点，压力快速上升。压力快速变化向下游的传播速度等于空隙波的波速。在段塞流时，空隙波波速等于液塞运动速度，在分层流时，空隙波波速等于液体实际流速；在气团流时，空隙波波速等于气液混合物的速度。差压的变化较为复杂，在不同流型和液量下的变化不同。     

无穷级亚纯函数的T方向和Borel方向

对任意正整数q1和q2, 记E1={arg z=θj|0≤θ1＜θ2＜…＜θq1＜2π}及E2={arg z=φj|0≤φ1＜φ2＜…＜φq2＜2π}, 若E1∩E2=. 则对任意正整数μ, 存在复平面上下级为μ的无穷级亚纯函数f(z), 恰以E1∪E2为其T方向且恰以E1为其Borel方向.存在复平面上的下级为无穷的亚纯函数f(z), 恰以E1∪E2为其Borel方向且恰以E1为其T方向.     

无穷级亚纯函数的T方向和Borel方向

对任意正整数q1和q2,记E1={argz=θj｜0≤θ1〈θ2〈…〈θq1〈2π}及E2={argz=φj｜0≤φ1〈φ2〈…〈φq2〈2π},若E1∩E2=Φ.则 （i）对任意正整数μ,存在复平面上下级为μ的无穷级亚纯函数f（z）,恰以E1∪E2为其T方向且恰以E1为其Borel方向. （ii）存在复平面上的下级为无穷的亚纯函数f（z）,恰以E1∪E2为其Borel方向且恰以E1为其T方向.     

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。     

基于压电陶瓷传感器的应力波传播试验

为研究应力波在管道中的传播特性,了解应力波在管道传播中其能量变化与传播距离之间的关系,并验证压电陶瓷材料应用于应力波管道检测的可行性,以粘贴在管道上的压电陶瓷片作为信号激励器或接收器,通过监测不同位置处压电陶瓷接收器的输出电压,计算出各接收器输出电压的峰值。引入衰减指标这一概念作为应力波因子,并利用小波包能量法计算出应力波衰减指标,分析应力波衰减指标与传播距离之间的关系。研究结果表明,应力波在管道中传播时,距离激励器越远的接收器所接收到的应力波电压峰值越小,应力波能量衰减指标越大,说明随着应力波传播距离的增大,应力波能量不断减小,出现衰减。     

基于红外检测的原木自动化锯切翻转机锯切策略及锯切角度分析

为提高原木锯切装备的自动化程度和加工效率,同时保证原木锯切的出材率,设计了基于红外检测的原木自动化锯切翻转概念样机,分析了原木锯切策略和锯切角度算法,并搭建了原木外轮廓检测装置试验台来对上述计算算法进行验证。原木外轮廓检测装置采用红外测距传感器检测原木任意横截面外轮廓上均匀分布的8点位置参数,这8个点组成的多边形可近似表征原木截面的外轮廓,轴向不同截面的近似八边形轮廓用Weiler-Atherton算法裁剪,并进一步用最小二乘法将裁剪得到的多边形拟合成椭圆形的有效利用区域。结果表明,拟合椭圆与原木小头截面外轮廓形状的吻合度较高,依据该拟合椭圆提出的锯切策略和锯切角度计算方法,对于弯曲度和锥度较小的原木锯切分析具有可行性。