出水木质文物含水率场检测方法与装置及其强度评估研究
发布时间：2023-02-26 14:37
出水木质文物的水分亲和性远高于现代健康木材,极易因湿度变化而产生不均匀的含水率场和湿度-应力场,使其强度衰减甚至发生失效。因此,检测出水木质文物的含水率场并进行强度评估,对于其长期保存和修复具有重要指导意义。然而,现有的木材含水率检测方法受到环境、尺寸、成本等因素的限制,无法适用于出水木质文物。为此,本文以杉木为研究对象,提出了基于数字图像相关法(DIC)和木材纹理的表面变形检测技术,并结合杉木湿度-应力场本构模型,建立了基于DIC的杉木含水率场检测方法和强度衰减模型,研发了出水木质文物含水率场检测系统,旨在为出水木质文物的结构健康监测提供技术支撑。本文主要取得了以下成果:1.提出了基于DIC方法和木材纹理特征的用来检测出水木质文物表面变形的方法,分析确定了含水率场的检测方案。研究了木材纹理的灰度特征和规律,利用DIC的误差分析理论,提出了基于平均灰度方向导数(MID)的散斑质量评价方法,并通过亚像素平移数值试验和含孔木梁的四点弯曲试验,分析了木材纹理的位移场和应变场测试精度,得到其测试结果相对误差小于5%。结论表明木材纹理的散斑质量能够有效检测出水木质文物的表面变形。2.在湿度-荷载...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1. 研究背景和意义
1.2. 国内外研究现状
1.2.1. 木质材料的含水率检测方法
1.2.2. 湿度-荷载共同作用下木材的变形
1.2.3. 数字图像相关法在木材无损检测中的应用
1.2.4. 湿度作用下木构件的强度评估
1.3. 本文的研究内容
2. 基于DIC方法和木材纹理的表面变形检测技术
2.1. 引言
2.2. 木材纹理的散斑质量评价方法
2.2.1. 散斑质量评价参数概述
2.2.2. 平均灰度方向导数
2.3. 木材纹理应用于木材位移场检测
2.3.1. 散斑图的选取
2.3.2. 亚像素平移数值试验
2.3.3. 子区尺寸的选取
2.4. 木材纹理应用于木梁应变场检测
2.4.1. 理论分析
2.4.2. 材料和方法
2.4.3. 试验结果和讨论
2.5. 本章小结
3. 杉木湿度-应力场本构模型的试验研究
3.1. 引言
3.2. 杉木的正交各向异性湿度-应力场本构模型
3.2.1. 杉木水分扩散模型
3.2.2. 湿度-荷载共同作用下杉木的湿度变形
3.3. 杉木水分扩散模型的试验研究
3.3.1. 试验材料和方法
3.3.2. 理论分析
3.3.3. 试验结果
3.4. 不同含水率下杉木弹性常数的试验研究
3.4.1. 试验材料和方法
3.4.2. 结果和分析
3.5. 杉木压缩蠕变模型参数的试验研究
3.5.1. 试验材料和方法
3.5.2. 结果和分析
3.6. 本构模型验证
3.6.1. 杉木机械吸附蠕变试验
3.6.2. 有限元模型
3.6.3. 含水率分析
3.6.4. 湿应变分析
3.7. 本章小结
4. 基于DIC方法的杉木含水率场检测方法
4.1. 引言
4.2. 基于DIC方法的杉木含水率场检测模型
4.2.1. 杉木二维含水率场的数学模型
4.2.2. 二维尺度下的杉木含水率场检测模型
4.2.3. 三维尺度下的杉木含水率场检测模型
4.3. 杉木含水率场检测模型的数值验证
4.4. 基于MC-DIC方法检测杉木试件的含水率场
4.4.1. 试验材料和方法
4.4.2. 试验结果和讨论
4.5. 本章小结
5. 考虑含水率场梯度变化的杉木构件强度评估
5.1. 引言
5.2. 考虑含水率场梯度变化的杉木强度衰减模型
5.2.1. 恒定湿度条件下的杉木强度衰减模型
5.2.2. 湿度变化条件下的杉木强度衰减模型
5.3. 湿度作用下杉木构件的强度评估
5.3.1. 有限元模型
5.3.2. 含水率分析
5.3.3. 湿度-应力分析
5.3.4. 强度衰减分析
5.4. 本章小结
6. 基于MC-DIC方法的出水木质文物含水率场检测系统
6.1. 引言
6.2. 出水木质文物含水率场检测系统组成
6.2.1. 硬件组成
6.2.2. 检测软件平台开发
6.3. 泉州湾宋代海船的含水率场检测与强度评估
6.3.1. 含水率场分析
6.3.2. 湿度-应力场分析和强度评估
6.4. 本章小结
7. 结论与展望
7.1. 研究结论
7.2. 创新点
7.3. 研究展望
参考文献
附录
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢
本文编号：3750484
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1. 研究背景和意义
1.2. 国内外研究现状
1.2.1. 木质材料的含水率检测方法
1.2.2. 湿度-荷载共同作用下木材的变形
1.2.3. 数字图像相关法在木材无损检测中的应用
1.2.4. 湿度作用下木构件的强度评估
1.3. 本文的研究内容
2. 基于DIC方法和木材纹理的表面变形检测技术
2.1. 引言
2.2. 木材纹理的散斑质量评价方法
2.2.1. 散斑质量评价参数概述
2.2.2. 平均灰度方向导数
2.3. 木材纹理应用于木材位移场检测
2.3.1. 散斑图的选取
2.3.2. 亚像素平移数值试验
2.3.3. 子区尺寸的选取
2.4. 木材纹理应用于木梁应变场检测
2.4.1. 理论分析
2.4.2. 材料和方法
2.4.3. 试验结果和讨论
2.5. 本章小结
3. 杉木湿度-应力场本构模型的试验研究
3.1. 引言
3.2. 杉木的正交各向异性湿度-应力场本构模型
3.2.1. 杉木水分扩散模型
3.2.2. 湿度-荷载共同作用下杉木的湿度变形
3.3. 杉木水分扩散模型的试验研究
3.3.1. 试验材料和方法
3.3.2. 理论分析
3.3.3. 试验结果
3.4. 不同含水率下杉木弹性常数的试验研究
3.4.1. 试验材料和方法
3.4.2. 结果和分析
3.5. 杉木压缩蠕变模型参数的试验研究
3.5.1. 试验材料和方法
3.5.2. 结果和分析
3.6. 本构模型验证
3.6.1. 杉木机械吸附蠕变试验
3.6.2. 有限元模型
3.6.3. 含水率分析
3.6.4. 湿应变分析
3.7. 本章小结
4. 基于DIC方法的杉木含水率场检测方法
4.1. 引言
4.2. 基于DIC方法的杉木含水率场检测模型
4.2.1. 杉木二维含水率场的数学模型
4.2.2. 二维尺度下的杉木含水率场检测模型
4.2.3. 三维尺度下的杉木含水率场检测模型
4.3. 杉木含水率场检测模型的数值验证
4.4. 基于MC-DIC方法检测杉木试件的含水率场
4.4.1. 试验材料和方法
4.4.2. 试验结果和讨论
4.5. 本章小结
5. 考虑含水率场梯度变化的杉木构件强度评估
5.1. 引言
5.2. 考虑含水率场梯度变化的杉木强度衰减模型
5.2.1. 恒定湿度条件下的杉木强度衰减模型
5.2.2. 湿度变化条件下的杉木强度衰减模型
5.3. 湿度作用下杉木构件的强度评估
5.3.1. 有限元模型
5.3.2. 含水率分析
5.3.3. 湿度-应力分析
5.3.4. 强度衰减分析
5.4. 本章小结
6. 基于MC-DIC方法的出水木质文物含水率场检测系统
6.1. 引言
6.2. 出水木质文物含水率场检测系统组成
6.2.1. 硬件组成
6.2.2. 检测软件平台开发
6.3. 泉州湾宋代海船的含水率场检测与强度评估
6.3.1. 含水率场分析
6.3.2. 湿度-应力场分析和强度评估
6.4. 本章小结
7. 结论与展望
7.1. 研究结论
7.2. 创新点
7.3. 研究展望
参考文献
附录
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢
本文编号：3750484
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