木材无损检测中的应力波传播建模和仿真

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1、第21卷第8期系统仿真学报©Vol.21No.82009年4月JournalofSystemSimulationApr.,2009木材无损检测中的应力波传播建模和仿真冯海林，李光辉（浙江林学院信息工程学院，杭州230031）摘要：基于应力波的木材无损检测技术中，应力波在木材中的传播规律对无损检测的效果具有重要的影响。根据机械波传播理论，对应力波在木材中的传播进行了研究。分析了应力波传播的微分方程，并给出在圆柱极坐标下的模型。引入Kelvin-Christoffel张量，得到应力波在木材中传播的微分方程模型。分析了模型参数，给出在各个对称面中的方程表示。分别对纵波和横波进行了分析，以云

2、杉和松木为应用实例对应力波的传播进行了仿真。关键词：无损检测；木材；应力波；传播模型中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1004-731X(2009)08-2373-04StressWavePropagationModelandSimulationinNon-destructiveTestingofWoodFENGHai-lin,LIGuang-hui(SchoolofInformationEngineering,ZhejiangForestryUniversity,Hangzhou311300,China)Abstract:Inthestresswavebasedno

3、ndestructivetestingmethodsforqualityassessmentofwood,thepropagationmodelofthestresswaveplaysanimportantroleintheefficiencyandaccuracyofnondestructivetestingtechnique.Accordingtothetheoryofmechanicalwavetransmitting,thestresswavepropagationinwoodwasstudied.Thedifferentialequationsofstresswavepro

4、pagationwereanalyzedbothinrectangularcoordinateandpolarcoordinatesystem.TheKelvin-Christoffeltensorwasusedindifferentialequationmodel.Theparametersofthemodelwerestudiedandtherepresentationofvelocityinsymmetricalplaneswasgiven.Thepropagationsoflongitudinalandshearwavewerepresented,andthesprucean

5、dpinewereusedasexamplestosimulatethestresswavepropagation.Keywords:nondestructivetesting;timber;stresswavemodel;wavepropagation1向，即沿纹理方向,沿半径方向和沿切线方向。这些方向可引言以给出在该点的三个对称面，也就是正交各向异性模型。因如何充分有效地利用木材资源是各国林业科研工作者此，原木常常被看成一个正交各向异性的弹性材料。在正交共同关心和不断研究的课题。传统的人工木材检测已不能满各向异性模型中的一些基本问题也被详细研究[5-8,11]。足木材生产中非破坏

6、性快速检测和持续检测的需要。因此木虽然利用应力波无损检测技术对木材内部的腐朽和材材无损检测技术得到了快速发展,并形成一门新兴的、综合质已经有很多研究，但是使用理论的模型来对应力波在原木性的木材检测技术。材中的传播进行的分析不多，只有一些关于波在各向同性或作为木材无损检测技术中的一种，应力波无损检测技术各向异性材料中的传播模型及应用，如沿着凿洞的轴对称导[9][10]不受被测木材形状和尺寸的限制，不损坏被测木材，在传感波的传播，各向异性弹性固体中的SH波的传播，木杆[12]器和被测木材之间不用任何耦合剂，因而在过去几十年得到中的自由振动波的传播，超声波在木材内部无损检测的应[13][1

7、4]了迅速的发展，在木材工业领域得到了广泛的应用，并在木用，在正交各向异性材料中的三维振动分析等等。本文把原木看作正交各向异性的材料，对应力波在原木中的传材的内部缺陷检测、在线产品的质量控制、树木的保护等方播进行了研究，参考固体中的机械波传播理论，研究了应力面有广阔的应用前景。如研究人员用应力波计时器测得应力[3]波在木材这种各向异性介质中的传播。分析了应力波传播的波传播时间和速度计算木材试件的弹性模量，通过应力波[4]控制方程，给出在圆柱极坐标下的微分方