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。     

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。      

木构件材料力学性能快速检测研究

木材的各项力学性能是反映木材综合利用价值的重要指标,如何快速预测出其各项指标,更好的运用木材,一直是相关工作者努力的方向。以木建筑常用材料——红松和落叶松2种木材为研究对象,运用微钻阻力仪和应力波测试仪分别对其进行力学性能快速检测,并将检测结果与传统力学试验机检测结果进行对比分析。结果表明,这2种方法都适于快捷检测评估木构件材料力学性能,其中对于红松,宜选用应力波速度检测弹性模量和抗弯强度2项性能;对应落叶松来讲,宜选用微钻阻力检测弹性模量、抗弯强度、抗压强度3项性能。     

不同含水率下利用电阻与应力波断层成像定量检测木材腐朽

通过对不同含水率的山杨原木试件进行检测,分析了含水率对腐朽和健康木材电阻与应力波传播速度的影响,及其对2种检测技术误差率的影响.结果表明:(1)随着含水率的提高,原木试件健康和腐朽区域的电阻均先减小后趋于平稳,但相同含水率下,腐朽区域木材电阻低于健康木材;(2)采用电阻断层成像仪检测腐朽缺陷面积的误差率随含水率的提高有差异(最大误差率为37.83%,最小误差率为2.48%),含水率在36.13%~81.79%时误差较小,腐朽缺陷检测较接近真实值;(3)应力波传播速度随着木材含水率的提高先降低后趋于平稳.应力波二维图像检测腐朽缺陷面积的准确率随着含水率的变化也有差异,最大误差率为52.61%,最小误差率为17.78%,腐朽缺陷检测准确性比较高的含水率为20.23%~71.58%;(4)通过2种方法测试腐朽缺陷面积的对比研究,结果表明电阻断层成像的腐朽缺陷识别优于应力波二维图像.     

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。      

古建筑木材内部腐朽状况阻力仪检测结果的定量分析

为了探讨应用阻力仪检测方法定量评估古建筑木材材质状况的方法和途径,该文以故宫武英殿维修时替换下来的局部腐朽的5根落叶松旧木构件加工的319个试件为材料,用目测法将试件划分为未腐朽及4个腐朽等级,共5个等级,测定了试件的气干密度、抗弯强度和顺纹抗压强度,并对抗弯强度试件进行了阻力仪检测. 应用统计学方法分析了阻力仪检测值与气干密度、抗弯强度和顺纹抗压强度之间的相关关系,用其中的284组数据建立了阻力仪检测值与木材物理力学性质间的线性回归分析模型,并用剩余的35个样本的检测值进行了模型验证.结果表明,随着腐朽程度的加深,木材密度、抗弯强度、顺纹抗压强度及阻力仪检测值均显著降低,5个腐朽等级间差异显著; 木材达到“3”级腐朽时,4项指标分别降低为未腐朽材的24％、42％、76％和71％. 阻力仪检测值与气干密度、抗弯强度和顺纹抗压强度之间均在0.01水平表现为极显著的线性相关关系,其中与密度的相关关系最大. 对建立的线性回归模型进行的模型验证结果表明,模型预测值与实测值具有高度的一致性,两者在0.05和0.01水平上差异均不显著.      

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.     

基于速度误差校正的林木应力波无损检测断层成像算法

目的应力波断层成像技术已经在林木无损检测领域得到了广泛的应用, 然而木材的各向异性特征以及应力波速度反演计算的误差对断层成像的精度影响较大。因此,进一步提高断层图像的准确性非常关键。方法根据传统的应力波速度反演原理, 提出了一种基于速度误差校正的断层成像算法(ECIA)。该算法利用最小二乘QR分解法(LSQR)计算应力波在林木横截面网格单元内的速度分布, 并使用误差校正机制(ECM)优化断层图像。为了评估算法的性能, 分别选取了若干实验室内的原木试样及扬州市区古树进行无损检测实验, 利用德国PICUS应力波断层成像仪获取的应力波传播数据实现了ECIA算法, 生成了各实验样本的断层图像。结果ECIA算法较为精确地检测出了原木及活树中缺陷区域的位置及大小, 尤其在活树的健康检测中, ECIA算法对于缺陷区域尤其是轻微腐朽区域的检测精度高于PICUS检测仪。结论ECIA算法能够产生较为准确的林木断层图像,适用于林木应力波无损检测。      

古建筑木构件材料主要力学性能检测方法研究

为在不损害木构件功能情况下,于现场快速、有效地检测评估出构件材料的主要力学性能,以北京圆明园正觉寺鼓楼拆卸下来的落叶松材为试验对象,对力学试件进行应力波传播速度、微钻阻力、密度等检测,力图以微钻阻力与应力波速度平方的乘积（应力波-阻力模量）作为评估木构件材料力学性能的指标。经过与传统力学性能检测方法的检测结果对比发现：...     

应力波检测香樟内部腐损程度定量分析

通过PiCUS Sonic Tomograph应力波检测仪对香樟进行检测,探明了香樟内部腐损程度与应力波传播速度的对应关系,结果表明,随着损伤及传播时间的增加,传播速度下降。木材受损度对应力波传播速度有显著影响。     

木材干燥过程中应力与应变检测方法初探

[目的]探索木材干燥过程中应力与应变的检测方法。[方法]根据数字散斑相关方法的原理设计一种非接触式检测木材干燥应力的方法,用应变速率表示木材干燥过程中应力状态,研究木材表面测点位移与干燥时间、温度和含水率的关系。[结果]木材测点位移平均速率有一个峰值,温度越低,峰值出现得越晚,说明应变滞后于应力;同一材料、同一温度的平均位移曲线,端部的峰值先于中部出现。木材表面测点位移与干燥时间存在对数关系,与含水率变化呈线性关系。随着时间的推移,干燥速率下降,应变速率变小。[结论]影响木材干燥应力的主要因素有干燥应变速率、干燥温度、含水率梯度和温度梯度。     

应力波在树木不同角度纵截面的传播速度模型

研究应力波在立木内部纵截面上的传播规律及影响因素,建立传播速度模型。以浙江农林大学植物园内4个树种共计40株树木作为实验样本,采用Arbor Sonic 3D应力波成像系统测量应力波在不同角度纵截面上各点间的传播速度。结果表明:同一截面上任意2点间的传播速度随方向角的增大而增大;不同纵截面上任意2点间的传播速度与所在纵截面与径切面的夹角相关。对健康样本试验数据的拟合结果为v(θ,α)/v0≈kx2+1(0≤k≤1),k值取决于被测树木的物理力学参数;所有建立的回归模型决定系数R2均大于0.93,表明具有较高的拟合优度。不同树种应力波速度各不相同。纵截面上应力波传播规律与方向角θ和α相关,θ决定速度大小,α决定速度变化,即决定拟合方程二次项系数k的大小。健康树木纵截面上θ,α和v(θ,α)/v0满足如下关系:f(θ,α)=1+{[vl-(-0.2α2+1)vR]/vl}·θ2。对不同树种的检测结果均表明了该模型的有效性,在木材无损检测方向具有重要实际应用价值。     

基于微钻阻力的落叶松弹性模量快速检测

以落叶松(Larix gmelinii)新鲜材、古建筑旧材为试验材料,运用微钻阻力仪对其内部的微钻阻力进行了快速检测,分析微钻阻力与两种落叶松材弹性模量之间的相关性及利用微钻阻力快速评估木材弹性模量的可行性.结果表明,对于新鲜落叶松材料,其微钻阻力检测值与弹性模量呈显著线性相关,可以利用微钻阻力较好地评估其弹性模量,且二者相关系数为0.831 9;对于古建筑的落叶松材料,利用微钻阻力快速检测弹性模量的精度则相对较差,二者相关系数为0.341 5,需结合其他检测指标综合进行判断.     

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。     

应力波仪和阻力仪用于雪松立木内部材性检测的研究

采用应力波仪和阻力仪分别对雪松进行了材性检测分析。结果表明,由应力波断层扫描得到的图片和阻力仪得到的阻力曲线图比较准确地反映出雪松立木内部的材质分布情况,应力波仪和阻力仪结合在一起对立木内部材性进行检测时,提高了检测结果的准确性,而且很好地弥补了每个设备的不足;通过和实际测量的生材密度相比较,无论是应力波速和雪松密度还是阻力值和雪松密度的相关系数都大于0.8,能够证明应力波和阻力仪所反映的材质材性信息和雪松立木的密度有较好的相关性。     

红松木材结构缺陷对应力波传播参数的影响

通过应力波测试仪对红松木材试件进行的检测试验,研究了木材轴向孔洞的分布、数量和端部孔洞的分布对应力波传播时间、传播速度的影响,并对孔径大小与应力波传播参数之间关系进行回归分析。试验结果表明,应力波传播时间与孔径大小、数量呈正相关,而应力波传播速度与孔径大小、数量呈负相关。端部孔洞对应力波传播参数没有显著影响。     

木材中非等温水分迁移的研究

为研究微波真空等高强度干燥过程中,温度梯度对木材中水分迁移的影响程度,该文通过试验测定了封闭马尾松木材试件在短期温度梯度作用下,木材内部温度场和含水率场的分布,含水率梯度与温度梯度比值的大小（dM/dT）及其影响因素. 试验结果表明:在短期温度梯度的作用下,木材内部的水分会从热端向冷端迁移,使冷端的木材含水率高于热端,形成方向相反的温度梯度场和含水率梯度场,且dM/dT在0.9%/℃以下;木材内温度、初始含水率和作用时间是影响dM/dT的重要因素;随着木材温度和初始含水率的增加,木材中的dM/dT越大;随着作用时间的延长,木材中的dM/dT增加.      

高频-对流联合加热干燥对木材温度梯度及干燥质量的影响

对断面120 mm×120 mm的落叶松含髓心方材进行高频-对流联合加热干燥,通过控制双热源匹配获得木材横断面上的不同温度梯度,检测不同温度梯度干燥过程中木材的干燥速率、开裂、含水率分布、应变等变化,进而解析温度梯度对干燥速率、应力及质量等的影响。研究结果表明:(1)通过调节高频-对流双热源匹配(高频加热和停歇的时间),可控制木材干燥过程中的温度梯度及其变化范围。(2)试材正向(内高外低)温度梯度适当增大,其干燥速度加快,终含水率分布均匀。(3)正向温度梯度对减小木材芯表层含水率差的作用,体现在干燥过程的中后期,且作用效果随温度梯度增大而增强。(4)干燥前期,表层产生较大拉应变,中间及芯层则产生压应变,且拉、压应变皆随温度梯度增大而增大。干燥中期,中间层由前期的压应变转为拉应变,其随温度梯度的增大而减小;干燥中后期,表层及中间层产生压应变,芯层产生拉应变,其均随温度梯度的增大而增大;干燥后期,温度梯度对试材各层应变的影响不大。     

木材干燥应力数学模型

用切片法对木荷的干燥应力进行测试。用回归分析和聚类分析建立了干燥应力的数学模型。通过分析得出;木材弹性模量在干燥过程中不是常数,随含水率下降而增加;木材弹性应力和残余应力在厚度方向上的分布分别近似为四次多项式和二次多项式。应力的极值点发生在木材的表层和中心层,含水率应力与含水率之间近似为线性或二次多项式关系;木材干燥应力变化过程可分类三个阶段。