不同冠层特征的树木风致振动模拟
发布时间：2021-04-06 12:52
树木是地球表面自然资源的基本要素,它具有防沙、固土,绿化城市等多重作用。台风等极端恶劣天气容易造成树木枝条折断、树木倒伏甚至连根拔起等破坏现象,给森林生产经营、居民生活和财产造成极大影响。不同树种的抗风性能存在差异,杉木是我国南方地区（如福建、广西等）广泛种植的一种亚热带经济林树种,它具有广泛的用途如桥梁、建筑、家具等。本文选取杉木为研究对象,采用有限元数值计算方法,对杉木枝干系统的结构特性及风致动态响应的特征进行研究,总结分析杉木结构风振的规律特点。此外,在树木风振分析的基础上,对风致树叶发生凋落进行判断、识别及凋落过程的三维可视化模拟,以期为林业生产、树木修剪等提供参考。本文的研究工作主要包括三个方面:（1）基于简化的单株杉木建模;树木的几何建模是进行树木风振分析的基础。传统的树木建模方法侧重于真实感的表达,无法进行树木结构力学的分析。为此,本文采用三维实体建模的方法,并根据杉木的几何形态特征,将杉木枝干简化为变截面的圆锥体进行简化建模。同时,利用参数化建模的方法,以适应多种不同树木形态结构特征的快速、有效建模,并分别构建:1个完整的杉木模型,10种不同的冠层修剪方式（其中包括2种...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２树木结构的拓扑重构（１）、模拟断枝（２）?［４８］??
变达到枝条断裂的临界值时，枝条发生断裂。根据断裂临界值可以定义为：??Ｋｒｉｓｉｓ?＝＾ｆｋｎ〇ＭＲＤｌ裂模量，Ｄ表示枝条的胸径，／表示枝条弹性的枝条的力学性能，可将树木枝条简化为悬臂梁，则矩计算公式：??ａｓ??，＾０／办表示梁的弯曲曲率，／表示惯性力矩，其ｒ?ｔｔＺ）４??Ｉ?＝?６４??
??用的集中质量的数目越多，分析结果的精度就越高，如图２－２表示树木的集中质量离散化，??图２－２－ａ为单自由度的集中质量－弹簧系统，将树木冠层视为一个整体（质量为Ｍ），主干??视为弹性系数为ｋ的弹簧连接树木冠层与地面，地面一端固定，图２－２－ｂ为多自由度的集??中质量－弹簧系统，主干与子枝采用不同大小的集中质量表示，通过不同弹性系数的弹簧连??接在一块。??（ａ）?（ｂ）??图２－２集中质量法的树木动力模型：树木的单自由度（ａ）、多自由度质量－弹簧系统［％?（ｂ）??单自由度弹簧－质量－阻尼结构模型的二阶微分方程可表示为：??ｍｘ?＋?ｃｘ?＋?ｋｘ?—?ｆ（ｔ）?（２－１９）??ｃ、ｍ、ｋ分别表示结构的阻尼系数，质量和刚度系数（弹性系数），又、又、ｘ分别为??结构的加速度、速度和位移，／（〇为时程变化的风振作用力。而对于多自由度弹簧－质量－??阻尼结构模型，其微分方程如式（２－２０）：??［Ｍ］ｘ＋［Ｃ］ｘ?＋?［Ｋ］ｘ?＝?ｆ｛ｔ）?（２－２０）??［Ｍ］、［Ｃ］、［Ｋ］分别表示多自由度结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。??质量均匀分布的广义位移法是树木动力学分析的另一种方法，它将树木的主干视为质??量均匀分布的梁单元或连续介质
【参考文献】：
期刊论文
[1]杉木人工林凋落量及气候因子敏感性分析[J]. 房焕英,刘文飞,吴建平,樊后保,欧阳勋志,袁颖红. 福建林学院学报. 2013(03)
[2]基于虚拟植物的幼龄杉木生长模拟[J]. 唐丽玉,林定,黄洪宇,邹杰,陈崇成,杜云虎. 地球信息科学学报. 2012(05)
[3]强风作用下树木运动的可视化模拟[J]. 李占利,刘运婷. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(08)
[4]树木在风中摇曳的流固耦合数值模拟方法探索[J]. 胡潇毅,陶伟明,郭乙木. 计算力学学报. 2011(02)
[5]沿海地区森林风害研究综述[J]. 孙洪刚,林雪峰,陈益泰,张晓磊. 热带亚热带植物学报. 2010(05)
[6]中国森林凋落量的影响因素[J]. 凌华,陈光水,陈志勤. 亚热带资源与环境学报. 2009(04)
[7]考虑耦合效应的风场中摇曳树木模拟[J]. 胡潇毅,陶伟明,郭乙木. 浙江大学学报(工学版). 2008(07)
[8]树在风中摆动的计算机实时模拟方法研究(英文)[J]. 李占利,千叶则茂. 系统仿真学报. 2008(08)
[9]飓风和台风对沿海地区森林生态系统的影响[J]. 仝川,杨玉盛. 生态学报. 2007(12)
[10]风场作用下的动态森林场景的实时仿真[J]. 宋成芳,谈奇峰,张龙,龚怿,陈为,彭群生. 计算机辅助设计与图形学学报. 2007(03)
硕士论文
[1]新疆杨减振控制技术的应用研究[D]. 黄显学.北京林业大学 2012
[2]杉木枝系结构可视化模拟研究[D]. 陈康.中国林业科学研究院 2011
[3]新疆杨在风荷载作用下的应力应变分析[D]. 崔云静.北京林业大学 2011
[4]新疆杨风致减振机理的基础研究[D]. 汤昌海.北京林业大学 2010
本文编号：3121465
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２树木结构的拓扑重构（１）、模拟断枝（２）?［４８］??
变达到枝条断裂的临界值时，枝条发生断裂。根据断裂临界值可以定义为：??Ｋｒｉｓｉｓ?＝＾ｆｋｎ〇ＭＲＤｌ裂模量，Ｄ表示枝条的胸径，／表示枝条弹性的枝条的力学性能，可将树木枝条简化为悬臂梁，则矩计算公式：??ａｓ??，＾０／办表示梁的弯曲曲率，／表示惯性力矩，其ｒ?ｔｔＺ）４??Ｉ?＝?６４??
??用的集中质量的数目越多，分析结果的精度就越高，如图２－２表示树木的集中质量离散化，??图２－２－ａ为单自由度的集中质量－弹簧系统，将树木冠层视为一个整体（质量为Ｍ），主干??视为弹性系数为ｋ的弹簧连接树木冠层与地面，地面一端固定，图２－２－ｂ为多自由度的集??中质量－弹簧系统，主干与子枝采用不同大小的集中质量表示，通过不同弹性系数的弹簧连??接在一块。??（ａ）?（ｂ）??图２－２集中质量法的树木动力模型：树木的单自由度（ａ）、多自由度质量－弹簧系统［％?（ｂ）??单自由度弹簧－质量－阻尼结构模型的二阶微分方程可表示为：??ｍｘ?＋?ｃｘ?＋?ｋｘ?—?ｆ（ｔ）?（２－１９）??ｃ、ｍ、ｋ分别表示结构的阻尼系数，质量和刚度系数（弹性系数），又、又、ｘ分别为??结构的加速度、速度和位移，／（〇为时程变化的风振作用力。而对于多自由度弹簧－质量－??阻尼结构模型，其微分方程如式（２－２０）：??［Ｍ］ｘ＋［Ｃ］ｘ?＋?［Ｋ］ｘ?＝?ｆ｛ｔ）?（２－２０）??［Ｍ］、［Ｃ］、［Ｋ］分别表示多自由度结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。??质量均匀分布的广义位移法是树木动力学分析的另一种方法，它将树木的主干视为质??量均匀分布的梁单元或连续介质
【参考文献】：
期刊论文
[1]杉木人工林凋落量及气候因子敏感性分析[J]. 房焕英,刘文飞,吴建平,樊后保,欧阳勋志,袁颖红. 福建林学院学报. 2013(03)
[2]基于虚拟植物的幼龄杉木生长模拟[J]. 唐丽玉,林定,黄洪宇,邹杰,陈崇成,杜云虎. 地球信息科学学报. 2012(05)
[3]强风作用下树木运动的可视化模拟[J]. 李占利,刘运婷. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(08)
[4]树木在风中摇曳的流固耦合数值模拟方法探索[J]. 胡潇毅,陶伟明,郭乙木. 计算力学学报. 2011(02)
[5]沿海地区森林风害研究综述[J]. 孙洪刚,林雪峰,陈益泰,张晓磊. 热带亚热带植物学报. 2010(05)
[6]中国森林凋落量的影响因素[J]. 凌华,陈光水,陈志勤. 亚热带资源与环境学报. 2009(04)
[7]考虑耦合效应的风场中摇曳树木模拟[J]. 胡潇毅,陶伟明,郭乙木. 浙江大学学报(工学版). 2008(07)
[8]树在风中摆动的计算机实时模拟方法研究(英文)[J]. 李占利,千叶则茂. 系统仿真学报. 2008(08)
[9]飓风和台风对沿海地区森林生态系统的影响[J]. 仝川,杨玉盛. 生态学报. 2007(12)
[10]风场作用下的动态森林场景的实时仿真[J]. 宋成芳,谈奇峰,张龙,龚怿,陈为,彭群生. 计算机辅助设计与图形学学报. 2007(03)
硕士论文
[1]新疆杨减振控制技术的应用研究[D]. 黄显学.北京林业大学 2012
[2]杉木枝系结构可视化模拟研究[D]. 陈康.中国林业科学研究院 2011
[3]新疆杨在风荷载作用下的应力应变分析[D]. 崔云静.北京林业大学 2011
[4]新疆杨风致减振机理的基础研究[D]. 汤昌海.北京林业大学 2010
本文编号：3121465
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