基于有限元的原木内部应力波传播模型的研究

发布时间：2021-04-07 23:32

　　原木内部的缺陷将严重威胁着原木的完整性以及有效使用性,因此对原木的缺陷进行快速有效地检测具有十分重要的意义。目前,应力波检测法是一种比较常用的木材无损检测方法,它的基本原理是通过测量木材内应力波传播速度的变化来判断木材的健康状况。但是,木材内应力波的速度方程属于高阶微分方程,无法轻易用数学解析法来求解。有限元法是一种求解微分方程与偏微分方程的数值分析方法,它能灵活处理和求解各种复杂数学问题。因此,可以建立有限元模型来求解原木内应力波信号的特征频率,进而从频域的角度出发来对木材进行缺陷检测。本文以原材内应力波振动信号作为研究对象,根据波动学原理,重点探讨了应力波沿原木径向或弦向传播时的传递方程。在此基础上,以樟子松为建模原型,在ANSYS软件中采用自顶向下的建模方式分别建立了健康樟子松试件与空洞樟子松试件横切面有限元模型。根据原木的正交各向异性,首先需要设置模型的单元类型与材料属性;然后采用自动分网的方式对所建模型进行网格划分;最后选取modal分析类型对模型进行模态分析。从结果后处理模块中,可以得到健康樟子松有限元模型和空洞樟子松有限元模型前5阶固有频率和模态振型。为了验证所建模型的正... 

【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２本文研宄路线图??

应力波在非均匀介质中传播时，设传播方向与分界面垂直，用Ｒ表示应力波入射方??向，Ｆ表示应力波反射方向，Ｔ表示应力波透射方向，用１和２分别代表两种不同密度??的介质。应力波传播方向垂直于界面时的反射与透射图如图２－１所示。??Ｆ?－４????？?Ｔ??Ｒ??？??１?２??图２－１应力波传播方向垂直于界面时的反射与透射图??在木材的分界面上，微小单元发生运动时的初始条件可表示为：其??中：Ｆ。为敲击木材的力度，Ｓ为微小单元横切面面积。根据连续条件以及牛顿第三定律??可知，分界面两侧质点的速度和力是相等的，公式如（２－１），（２－２），（２－３）所示：??ｖ，?－ｖ２?ｖｉＪ＋?ｖＦ＝?ｖ．?（２－１）??Ｍｊ?＝?ｍ，?ｕＲ＋ｕＦ?－?ｕＴ?（２－２）??（ｙ｜＊Ｓ＾?—ｃｒ２?ｃｒｒＳ！?ｃｘｐＳ之＿?（７＂ｊ－Ｓ?（２＿３?）??根据应力波波阵面动量守恒定理可知

一个圆盘试件，将其制作成带空洞缺陷的样本，空洞缺陷位于圆盘的正中央，缺陷的形??状为圆形，其直径约为７２ｍｍ，深度约为５０ｍｍ。健康樟子松圆盘试件和空洞樟子松圆??盘试件如图２－３所示。??（ａ）健康樟子松圆盘试件?（ｂ）空洞樟子松圆盘试件??图２－３樟子松圆盘试件??２．３．２实验设备??本实验的主要设备为：高性能示波器（型号：ＤＳ２２０２Ａ－Ｓ）、压电加速度传感器??（型号：Ｓｄ〇２）、钢锤、橡胶锤。??ＤＳ２２０２Ａ系列数字示波器采用ＲＩＧＯＬ原创的ＵｌｔｒａＶｉｓｉｏｎ技术，它具有深存储，波??形捕获率高，实时录制与回放等功能。目前，ＤＳ２２０２Ａ系列拥有８个型号配置，４个级??别的带宽（３００ＭＨｚ／２００ＭＨｚ／１００ＭＨｚ／７０ＭＨｚ／），实时采样率可高达２Ｇｓａ／ｓ，存储深度??－１３－??


本文编号：3124405