基于模態(tài)分析的木材缺陷定位檢測.pdf

1、本文以落葉松、楊木樹種為研究對象，選取的木材試件含有較多的節(jié)子、裂縫等天然缺陷，首先采用FFT快速傅里葉分析儀對木材進行模態(tài)分析，測出木材的固有頻率、振動模態(tài)，并進一步計算彈性模量和模態(tài)振型，分析含缺陷木材與無缺陷木材的固有頻率、彈性模量和剪切模量的差異。運用MATLAB對試件振型曲線進行正弦擬合，以判定系數(shù)R2、誤差平方和SSE和均方差RMSE表征曲線的擬合度，R2越大、SSE和RMSE越小，則擬合度越高;以擬合曲線與模態(tài)振型圖所夾面

2、積S作為表征曲線平滑度的參數(shù)，S越大，則試件模態(tài)振型曲線平滑度越差。之后將每一根木材都加工成4個小試件，再進行試驗模態(tài)分析，研究缺陷面積和密度變異的關系。然后采用計算機有限元軟件ANSYS進行計算模態(tài)分析，反復選擇不同的單元、網(wǎng)格劃分和計算方式進行模擬，得到最優(yōu)的計算模態(tài)分析的模擬方法，最后與試驗模態(tài)分析的結(jié)果進行比較，驗證實驗結(jié)果。兩種模態(tài)分析得到實驗結(jié)論如下:
　　(1)缺陷會改變木材的物理性質(zhì)，木材的固有頻率和彈性模量會隨著

3、缺陷的增加而減小。運用MATLAB對試件振型曲線進行正弦擬合發(fā)現(xiàn)，R2均大于0.9429。試件的振型從一階到六階，SEE、RMSE和S均隨著階次的增大而增大，說明振型曲線的階次越高，其擬合度越差且平滑度越差。對于從同一塊板材加工而成的試件，有缺陷試件的振型變異度大于無缺陷試件。以曲線平滑度S的取值可以判斷試件自然缺陷的面積是否大于5cm2。當前六階振型的平滑度S平均值大于1時，說明該試件自然缺陷的面積大于5cm2。
　　(2)節(jié)子

4、對木材一、二、三階的模態(tài)振型影響體現(xiàn)在峰值處，木材的四、五、六階模態(tài)振型在節(jié)子處會出現(xiàn)振型曲線的突變，該突變表現(xiàn)為改變曲線的單調(diào)性而非平滑度。而開裂木材的一階模態(tài)振型體現(xiàn)為不對稱，第一個敲擊點和最后一個敲擊點的位移差值大于0.4，且敲擊裂縫部位所得的頻率虛部圖在固有頻率處會出現(xiàn)雙峰值。說明可以通過木材的固有頻率、彈性模量、模態(tài)振型、虛部圖對節(jié)子、裂縫進行定量、定位檢測。
　　(3)應用ANSYS進行計算模態(tài)分析時，泊松比的設定對模