古建筑木结构无损检测内容与研究进展 被引量：4

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作者 张厚江 李玉风 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1-13,共13页

中国拥有大量的木结构古建筑。合理有效地检测评估木结构的存在状况,是古建筑保护和修缮工作的重要需求。古建筑木结构无损检测是以无损检测和评估古建筑木结构安全性,以现场应用和实际需求为导向的木材材性检测评估技术,检测内容主要... 中国拥有大量的木结构古建筑。合理有效地检测评估木结构的存在状况,是古建筑保护和修缮工作的重要需求。古建筑木结构无损检测是以无损检测和评估古建筑木结构安全性,以现场应用和实际需求为导向的木材材性检测评估技术,检测内容主要包括缺陷无损检测和木材物理力学性能无损检测两个方面。木结构、木构件隐藏缺陷的检测以及评估是古建筑木结构无损检测工作的重点和难点。本文首先介绍古建筑木结构的组成,总结其无损检测内容和目前常见无损检测方法;然后归纳总结古建筑木构件隐藏缺陷无损检测、古建筑木构件分等、腐朽对古建筑木材力学性能影响等应用和研究进展;最后归纳说明古建筑木材力学性能无损检测和自然老化对古建筑木材性质影响的研究状况。以期对从事木结构文物保护技术应用和科研工作的相关人员,有所启发和帮助。 展开更多

关键词 古建筑木结构 木构件 无损检测 缺陷 力学性能

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故宫养心殿墙体木柱缺陷状况无损检测研究 被引量：11

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作者 张典 于永柱 +3 位作者 管成 王辉 张厚江 辛振波 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期127-139,共13页

【目的】古建筑墙体木柱部分或全部被墙体包裹,木柱与墙体接触部分易腐朽,检测操作空间差。通过对故宫养心殿墙体木柱缺陷状况的无损检测研究,探索墙体木柱缺陷状况无损检测评估方法,揭示墙体木柱腐朽存在的规律,为养心殿木柱修缮工作... 【目的】古建筑墙体木柱部分或全部被墙体包裹,木柱与墙体接触部分易腐朽,检测操作空间差。通过对故宫养心殿墙体木柱缺陷状况的无损检测研究,探索墙体木柱缺陷状况无损检测评估方法,揭示墙体木柱腐朽存在的规律,为养心殿木柱修缮工作提供依据,也为其他木结构古建筑墙体木柱的无损检测和缺陷评估提供借鉴。【方法】以养心殿正殿、梅坞、东配殿、西配殿4座建筑中的68根墙体木柱为研究对象,首先利用木柱的外露面、透风口或拆口,进行现场检测,内容包括外部缺陷检测、敲击检测、内部缺陷检测、含水率检测和树种取样;然后对现场检测获得的木柱尺寸、缺陷类型和尺寸、微钻阻力曲线等数据资料进行汇总分析,评估每根被测木柱的缺陷情况,总结墙体木柱腐朽分布规律。【结果】养心殿墙体木柱整体保存状况较好;养心殿墙体木柱外部和内部缺陷的形式是不同的,外部缺陷的主要形式为外部腐朽和材料缺失,内部缺陷的主要形式为内部腐朽和空洞,而这两种缺陷的次要形式均为裂纹;对单根木柱而言,在横向截面上腐朽主要发生在木柱与墙体接触的区域,在纵向上腐朽主要发生在木柱底部,自下而上腐朽程度逐渐减轻;对全体木柱而言,双面外露木柱发生腐朽的概率较低,单面外露木柱发生腐朽的概率较高,完全被墙体包裹的木柱最容易发生腐朽。【结论】本研究所采用的方法用于墙体木柱缺陷状况无损检测评估是可行的,墙体木柱的位置、被包裹程度和树种对其缺陷状况均有影响。 展开更多

关键词 养心殿 墙体木柱 缺陷 腐朽 无损检测

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足尺人造板力学性能无损检测研究进展 被引量：6

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作者 管成 刘晋浩 +1 位作者 张厚江 周卢婧 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期164-172,共9页

弹性常数(弹性模量和剪切模量)、强度常数与动态黏弹性是表征足尺人造板力学性能非常重要的3项指标,而弹性常数与强度常数间关系密切,因此,无损检测足尺人造板的弹性常数和动态黏弹性是其力学性能无损检测研究的焦点。本文首先对人造板... 弹性常数(弹性模量和剪切模量)、强度常数与动态黏弹性是表征足尺人造板力学性能非常重要的3项指标,而弹性常数与强度常数间关系密切,因此,无损检测足尺人造板的弹性常数和动态黏弹性是其力学性能无损检测研究的焦点。本文首先对人造板力学性能及其检测方法进行了概述和归纳,然后对国内外人造板弹性常数和动态黏弹性振动检测研究现状作了汇总与分析,同时指出了足尺人造板力学性能振动检测已有研究存在的不足,并介绍了笔者所在课题组针对面向力学性能评估的足尺人造板振动检测研究的开展情况。足尺人造板力学性能无损检测下一步科研的目标是建立一种基于振动检测理论的面向结构用足尺人造板整板力学性能的快速、无损检测和评估的技术和方法。其研究成果可以为将来实现结构用足尺人造板实验室环境下的快捷抽检及生产线上的力学性能普检和分等奠定理论基础。 展开更多

关键词 足尺人造板 力学性能 无损检测 弹性常数 动态黏弹性

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基于兰姆波的木望板试件损伤缺陷检测研究 被引量：1

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作者 范越 辛振波 +3 位作者 张厚江 张典 张文博 王皓宇 《林业机械与木工设备》 2024年第4期37-44,共8页

采用超声兰姆波对木望板试件的外表面损伤缺陷进行检查研究,旨在为基于兰姆波的古建筑望板腐朽损伤的现场无损检测及评定,打下一定的前期基础。选用北京古建筑望板常见树种落叶松木材,以去材的形式在试件上加工不同程度的损伤缺陷,结果... 采用超声兰姆波对木望板试件的外表面损伤缺陷进行检查研究,旨在为基于兰姆波的古建筑望板腐朽损伤的现场无损检测及评定,打下一定的前期基础。选用北京古建筑望板常见树种落叶松木材,以去材的形式在试件上加工不同程度的损伤缺陷,结果发现:随着激励频率的增加,兰姆波信号的最大幅值随之增大;在尝试的12个激励频率中,30 kHz得到的检测结果更加稳定;兰姆波信号的最大幅值随损伤严重程度的增加而减小,且损伤深度较损伤长度对兰姆波信号的影响更大。设计的超声兰姆波检测方法,可作为基于兰姆波的木望板腐朽损伤检测进一步深入研究的基础。 展开更多

关键词 兰姆波 望板试件 损伤缺陷 无损检测

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基于红外热成像的古建筑望板腐朽状况无损检测研究 被引量：4

5

作者 柳苏洋 辛振波 +2 位作者 张厚江 王辉 张典 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期139-152,共14页

【目的】望板是木结构古建筑屋顶的重要组成部分,由于屋顶漏雨、渗水等原因,望板与苫背接触的隐藏区域易发生腐朽损坏。本研究基于红外热成像原理开展腐朽望板检测理论和实验研究,以期为基于红外热成像的古建筑望板腐朽状况无损检测和... 【目的】望板是木结构古建筑屋顶的重要组成部分,由于屋顶漏雨、渗水等原因,望板与苫背接触的隐藏区域易发生腐朽损坏。本研究基于红外热成像原理开展腐朽望板检测理论和实验研究,以期为基于红外热成像的古建筑望板腐朽状况无损检测和评估技术的形成奠定前期基础。【方法】首先,分析古建筑望板的传热过程,推导腐朽区和非腐朽区望板内表面平均温差的计算公式;然后,选取4种腐朽等级的望板试件,制作实验装置,通过参考法用红外热像仪测定了试件发射率,并进行4种腐朽等级望板试件内表面温度变化的检测实验。【结果】理论研究结果表明:在得知望板的木材密度、比热容的基础上,可计算出红外检测望板腐朽状况的最佳检测时间。试验结果表明:同一时刻,望板腐朽等级越高,其内表面温度越高,红外图像颜色越深;腐朽望板与正常望板内表面间的温差随着加热的开始会逐渐变大,但达到一定程度后,温差会随加热时间进一步增长而变小。试验测得的腐朽望板红外最佳检测时间与理论计算得到的最佳检测时间有良好的一致性。望板腐朽最佳检测时间不受望板两侧温差、环境温度等影响,一般为20~30 min。望板两侧温差越大,腐朽望板与正常望板内表面间的温差越大,红外检测效果越好。【结论】理论和实验结果均表明,基于红外热成像对古建筑望板腐朽状况进行无损检测是可行的。 展开更多

关键词 古建筑 望板 腐朽 红外热成像 无损检测

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基于近红外光谱技术的紫外光老化落叶松木材表面材色变化的定性和定量研究 被引量：5

6

作者 符瑞云 符小慧 +3 位作者 张文博 黎冬青 管成 张厚江 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期56-61,共6页

自然光中的紫外光在木材表面产生复杂的光化学反应,是木材在自然环境中老化降解速度最快,反应最强的化学过程。基于近红外光谱(NIRs)技术探讨了落叶松表面材色在340 nm波长紫外光照射条件下的老化状况。不同时间(180,540,900,1080 h)试... 自然光中的紫外光在木材表面产生复杂的光化学反应,是木材在自然环境中老化降解速度最快,反应最强的化学过程。基于近红外光谱(NIRs)技术探讨了落叶松表面材色在340 nm波长紫外光照射条件下的老化状况。不同时间(180,540,900,1080 h)试材弦切面经紫外光人工老化后,测量木材表面材色色度学指数,并采集NIRs信息。由NIRs二阶导数及其差谱图反映的信息,定性分析和讨论了木材表面化学组分基团的变化;定量建立基于偏最小二乘法(PLS)结合留一交叉验证的木材表面材色预测模型。结果表明:(1)随着人工老化时间延长,木材表面明度值L^(*)降低,红绿指数a^(*)与黄蓝指数b*出现先增加后缓慢降低的趋势,表明发色基团的形成随着紫外光照射时间的延长而减少,在辐射时间540 h达到最大值,此外,色差值ΔE^(*)与紫外光照射时间成正相关。(2)NIRs二阶导数在6996,6773以及6287 cm^(-1)等分别反映木材中纤维素非结晶区、半结晶区和结晶区的光谱吸光度随着老化时间的延长而增加,而5986 cm^(-1)反映木质素特征性谱带吸收峰随着紫外光老化时间的延长而降低,表明木质素出现降解。通过紫外光照射1080 h与对照材的差谱分析发现,纤维素和半纤维素基团的特征峰差谱值为正,表明紫外光辐射后木材表面的纤维素和半纤维素相对含量增加,而木质素基团特征峰差谱值为负,表明经紫外光辐射后,木质素的降解导致其相对含量减少。这些结果与色度值测量结果相一致。(3)基于NIRs建立的紫外光照射落叶松表面材色预测模型中,L^(*)交叉验证模型决定系数(R^(2))为0.949,相对分析误差(RPD)为4.42;a^(*)交叉验证模型R^(2)是0.928,RPD是3.73;b^(*)的交叉验证模型R^(2)是0.831,RPD为2.43,建立的材色预测模型满足预测要求。 展开更多

关键词 近红外光谱 差谱 落叶松 表面材色变化 紫外光照射

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足尺胶合板弹性模量的两对边简支振动检测研究 被引量：4

7

作者 李焕 管成 +3 位作者 张厚江 刘晋浩 周建徽 辛振波 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期138-149,共12页

【目的】研究足尺胶合板两个主要方向(即长度和宽度方向)弹性模量的两对边简支振动检测,为足尺胶合板两个主要方向弹性模量的在线无损检测提供一种新方法。【方法】以4种厚度共20块足尺胶合板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphys... 【目的】研究足尺胶合板两个主要方向(即长度和宽度方向)弹性模量的两对边简支振动检测,为足尺胶合板两个主要方向弹性模量的在线无损检测提供一种新方法。【方法】以4种厚度共20块足尺胶合板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphysics和PULSE振动测试系统分别对两对边简支的足尺胶合板进行了模态灵敏度分析和试验模态分析;提出了一种两对边简支边界条件下的足尺胶合板弹性模量振动检测试验方法,运用此方法提取出足尺胶合板所需模态的频率,将其带入到编写的弹性模量检测算法中,用以计算足尺胶合板两个主要方向的动态弹性模量值;进行了三点弯曲静态试验检测足尺胶合板两个主要方向的静态弹性模量值,用以验证动态弹性模量检测结果的准确性。【结果】确定了用于计算足尺胶合板两个主要方向弹性模量的频率所对应的模态,分别为其自由振动前9阶模态中的第1阶模态(2,0)和第7阶模态(2,2);厚度变化对足尺胶合板的前9阶模态的阶次排序没有影响;足尺胶合板两个主要方向的动态弹性模量均大于静态弹性模量,且同一厚度足尺胶合板的力学性能存在不均匀性;足尺胶合板长度和宽度方向的动态弹性模量与静态弹性模量间均具有显著的线性关系,决定系数分别为0.907和0.655。【结论】基于两对边简支振动和弹性模量振动检测算法检测足尺胶合板两个主要方向的弹性模量具有可行性。 展开更多

关键词 足尺胶合板 两对边简支 弹性模量 振动检测

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金中都水关遗址木结构无损检测与评估 被引量：5

8

作者 彭林 周浩宇 +4 位作者 张厚江 宗圆圆 王皓宇 麻润杰 石金山 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期140-151,共12页

【目的】金中都水关遗址有约870年的历史,是金中都现存最大的遗址。其中木结构作为遗址的基础和主体,在整个水关结构中起到了重要的作用。探明水关遗址木结构的详细组成,无损检测和评估木构件的缺陷状况,旨在为金中都水关遗址修缮、保... 【目的】金中都水关遗址有约870年的历史,是金中都现存最大的遗址。其中木结构作为遗址的基础和主体,在整个水关结构中起到了重要的作用。探明水关遗址木结构的详细组成,无损检测和评估木构件的缺陷状况,旨在为金中都水关遗址修缮、保护提供依据,为同类型的地下木结构的无损检测和评估提供借鉴。【方法】首先对木结构现场进行勘测、校对,获得擗石桩、基础木桩、衬石枋3类木构件的典型尺寸、位置、数目及相互关联等信息,还原水关木结构模型;其次,根据3类木构件各自特征,以其中的236根木构件为对象,进行现场检测和实验室分析,包括敲击、尺寸测量、含水率测量、微钻阻力检测和树种鉴定等;最后,汇总现场检测和实验室分析所获得的信息,对被测木构件状况给予分等,并归纳木构件腐朽缺陷存在规律。【结果】重构了金中都水关遗址木结构三维模型,发现木结构应当由204根擗石桩、771根基础木桩、92根衬石枋组成;遗址木构件主要缺陷形式为腐朽及腐朽导致的材料缺失,次要形式为裂纹;从单根木构件来讲,地面以上部分腐朽程度相对较轻,而地面以下部分腐朽程度相对严重;遗址木构件树种以落叶松为主,樟子松为辅。【结论】金中都水关遗址木结构整体状况较差,未发现状况良好的A等木构件。在3类木构件中,擗石桩的整体状况相对最好,基础木桩的整体状况相对最差。实践证明,对水关遗址木构件的缺陷状况,综合利用敲击、尺寸测量、含水率测量和微钻阻力检测等进行检测、评估是可行的。 展开更多

关键词 金中都水关遗址 木结构 木构件 腐朽 无损检测

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基于红外热成像的古建筑墙内暗柱材料缺失检测 被引量：6

9

作者 王皓宇 彭林 +5 位作者 张厚江 雷智勋 王辉 张典 唐家英 管成 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期132-144,共13页

【目的】墙内暗柱是木结构古建筑的重要承重构件之一,因其处于潮湿和缺乏通风的环境,故多存在腐朽及由严重腐朽导致的材料缺失等缺陷,容易失去原有的承载能力和稳定性。墙内暗柱自身构造导致现有的检测手段受限,易造成不可逆的损坏。故... 【目的】墙内暗柱是木结构古建筑的重要承重构件之一,因其处于潮湿和缺乏通风的环境,故多存在腐朽及由严重腐朽导致的材料缺失等缺陷,容易失去原有的承载能力和稳定性。墙内暗柱自身构造导致现有的检测手段受限,易造成不可逆的损坏。故本研究基于红外热成像原理开展墙内暗柱材料缺失缺陷检测理论与试验研究,以期为基于红外热成像的墙内暗柱缺陷状况无损检查方法的建立奠定部分前期基础。【方法】首先,从理论角度探讨古建筑墙内暗柱传热过程,推导稳态下木柱区域与纯墙体区域的温度公式,分析影响木柱材料缺失缺陷区域温度变化的因素;然后,建立试验模型,进行墙内暗柱缺陷红外检查试验,采集红外图像;最后,通过分析所获得的红外热图,探讨墙内暗柱材料缺失缺陷大小与墙体表面温度分布之间的关系。【结果】(1)理论研究表明:由于木材的横向导热系数远小于墙体导热系数,加热面加热温度相同的情况下,木柱墙体外表面所对应的温度偏低;墙内暗柱的检测效果主要受到缺陷尺寸,即缺陷高度、缺陷深度的影响。(2)试验结果表明:在稳态热传导下,木柱处的墙体外表面温度要低于纯墙体,即木柱处红外图像的颜色更浅;木柱缺陷的存在会使缺陷处墙体表面温度变高,红外图像颜色变深;木柱缺陷高度越大,缺陷导致的高温范围越大;木柱缺陷深度越大,缺陷区域温度值越高。(3)在非稳态热传导下,木柱中线温差分别与木柱缺陷高度(R^(2)≥0.964)、深度(R^(2)≥0.951)呈极强的正相关。(4)在木柱缺陷较小的情况下,墙体表面温度不因缺陷的存在而发生明显改变。【结论】木柱的缺陷高度与深度是影响缺陷红外热成像检测效果的主要因素,红外热成像法应用于古建筑墙内暗柱材料缺失缺陷的筛查与评估是可行的。 展开更多

关键词 古建筑 墙内暗柱 缺陷 红外热成像 无损检测

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古建筑墙体木柱缺陷对其安全性影响数值模拟研究 被引量：9

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作者 于永柱 管成 +3 位作者 张厚江 姚霄芮 张典 辛振波 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期132-145,共14页

【目的】墙体木柱作为木结构古建筑最重要的承重构件之一,容易出现裂纹、腐朽等缺陷,而各类缺陷会影响墙体木柱顺纹压应力的分布,导致其承载力降低,进而影响其安全性,直接威胁整个建筑的稳定性。因此,研究不同类型的缺陷对古建筑墙体木... 【目的】墙体木柱作为木结构古建筑最重要的承重构件之一,容易出现裂纹、腐朽等缺陷,而各类缺陷会影响墙体木柱顺纹压应力的分布,导致其承载力降低,进而影响其安全性,直接威胁整个建筑的稳定性。因此,研究不同类型的缺陷对古建筑墙体木柱安全性影响是很有必要的。【方法】首先建立了墙体木柱裂纹缺陷、腐朽缺陷以及复合缺陷几何模型,并定义了墙体木柱的受压安全性系数k_(c),然后使用Abaqus有限元软件分别模拟分析了裂纹缺陷模型、单侧腐朽缺陷模型、环形腐朽缺陷模型和复合缺陷模型最大顺纹压应力的大小和位置,探究了不同尺寸的缺陷对墙体木柱安全性的影响,并进行了实例验证。【结果】单侧腐朽缺陷以及复合缺陷会使墙体木柱在径向上出现较大偏移,对木柱的稳定性产生较大影响,而裂纹缺陷和环形腐朽缺陷在径向、顺纹方向和切向上偏移较小;裂纹缺陷、单侧腐朽缺陷、环形腐朽缺陷和复合缺陷都对墙体木柱最大顺纹压应力和安全性有较大影响,最大顺纹压应力总是出现在有效截面面积最小处,且均随各缺陷程度的增大呈指数增加,而安全性系数呈指数下降,同时复合缺陷对墙体木柱安全性的影响要大于单一缺陷对墙体木柱的安全性影响。半露明柱与暗柱在腐朽深度相同时,安全性相差不大,在腐朽面积相同时,半露明柱的安全性要远低于暗柱。【结论】裂纹缺陷和腐朽缺陷会降低墙体木柱的安全性,而有限元数值模拟能够计算出墙体木柱的顺纹压应力最大值,进而量化墙体木柱的安全性,其结果可以为墙体木柱的修缮提供依据。 展开更多

关键词 墙体木柱 缺陷 数值模拟 安全性

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3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态研究 被引量：6

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作者 管成 辛振波 +4 位作者 刘晋浩 张厚江 周建徽 李焕 柳苏洋 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期105-115,共11页

【目的】研究完全自由、四节点支承和两对边简支3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态,为开展3种边界条件下足尺定向刨花板弹性常数振动检测结果的对比研究奠定基础。【方法】以4种厚度的足尺定向刨花板为研究对象,采用... 【目的】研究完全自由、四节点支承和两对边简支3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态,为开展3种边界条件下足尺定向刨花板弹性常数振动检测结果的对比研究奠定基础。【方法】以4种厚度的足尺定向刨花板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphysics对完全自由、四节点支承和两对边简支的足尺定向刨花板进行了模态灵敏度分析,分别确定这3种边界条件下对其长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量这3个弹性常数灵敏度最高的模态;通过试验模态分析测得足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶振动模态参数,并对比和分析其在这3种边界条件下的振动模态参数检测结果。【结果】计算和试验模态分析得到的这3种边界条件下足尺定向刨花板的前9阶模态振型形状和阶次分别是相同的;足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶模态中,除模态(m,0)、(0,2)和(1,1)外,其余模态均为单一方向的弯曲和扭转或不同方向弯曲的叠加模态;用于计算足尺定向刨花板长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量的最高灵敏度模态,在完全自由下为模态(2,0)、(0,2)和(1,1),对应阶次分别为第2、4和1阶;在四节点支承下为模态(2,0)、(0,2)和(2,1),对应阶次分别为第1、4和3阶;在两对边简支下为模态(2,0)、(2,2)和(2,1),对应阶次分别为第1、5和2阶。【结论】从振型角度说明基于计算模态分析方法和试验模态分析方法分别进行3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度分析和振动模态测试具有可行性。 展开更多

关键词 边界条件 足尺定向刨花板 模态灵敏度 振动模态

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激励-接收点布局对木棒超声导波信号特征的影响

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作者 崔天乐 张厚江 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第8期182-191,共10页

【目的】工程木柱作为建筑结构中的关键承重构件,其缺陷会直接影响结构的安全性与耐久性。然而,传统的无损检测方法在检测效率和操作空间方面存在明显局限性,难以满足工程木柱检测的实际需求。目前,工程木柱无损检测中,超声导波激励与... 【目的】工程木柱作为建筑结构中的关键承重构件,其缺陷会直接影响结构的安全性与耐久性。然而,传统的无损检测方法在检测效率和操作空间方面存在明显局限性,难以满足工程木柱检测的实际需求。目前,工程木柱无损检测中,超声导波激励与接收布点缺乏系统的理论支撑,这限制了超声导波技术在工程木柱检测中的有效应用。因此,亟需深入研究超声导波在工程木柱中的传播特性,以优化激励与接收布点方案。本研究拟通过探明超声导波在木柱中的传播特性,为工程木柱无损检测的激励-接收布点方案提供科学依据。【方法】首先通过理论分析总结实心圆柱体内超声导波的传播模态,随后搭建超声导波检测平台,以樟子松木棒为试件,开展侧面单点、侧面多点及端面激励3类试验,系统考察激励-接收点布局对信号特征的影响。【结果】(1)无论侧面还是端面激励,木棒内都会同时产生弯曲模态波(F波)和纵向模态波(L波),只是两者占据的主导地位不同;侧面激励以F波为主,端面激励以L波为主。因此,可依据目标模态的检测需求,合理选择激励位置。(2)侧面单点激励时,激励点与接收点的间距越大,F波与L波区分越明显。因此,检测时应将激励与接收装置布设于棒体两端,或尽可能拉开距离,以进一步放大模态分离效果。(3)侧面多点激励时,在同一横截面圆周上对称增加激励点数,可以增强L波,抑制F波,且抑制效果随点数增加而增强。因此,若需激发L波却无法在端面布设激励源,可在端面邻近侧面布置一周对称激励。(4)端面激励时,导波接收点在端面或其邻近侧面,测得的超声导波信号相似。因此,当端面激励但另一端面不便布设传感器时,可选择在另一端面邻近侧面进行接收。【结论】激励-接收点位置及其数量对木棒中超声导波的模态波组成及其幅值占比具有明显的影响,这一特征规律可直接指导工程木柱的超声导波检测布点设计,为后续的木材无损检测奠定方法基础。 展开更多

关键词 无损检测 超声导波 木棒 激励-接收点布局 信号特征 导波模态

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古建筑七架梁缺陷安全性影响数值模拟研究 被引量：4

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作者 欧自娜 张厚江 管成 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期142-154,共13页

【目的】七架梁作为大型木结构古建筑的主要承重构件,其承载力安全性直接影响古建筑木结构整体的安全性。由于周围环境和使用长久等原因造成木梁出现不同程度的缺陷,会影响木梁弯曲拉应力和剪切应力的分布,进而影响其承载力安全性。因此... 【目的】七架梁作为大型木结构古建筑的主要承重构件,其承载力安全性直接影响古建筑木结构整体的安全性。由于周围环境和使用长久等原因造成木梁出现不同程度的缺陷,会影响木梁弯曲拉应力和剪切应力的分布,进而影响其承载力安全性。因此,研究不同缺陷类型、尺寸、位置对古建筑七架梁承载力安全性的影响很有必要。【方法】采用Abaqus有限元软件模拟计算梁上存在的裂纹、腐朽和空洞等不同缺陷时的应力分布状态,通过量化缺陷大小和缺陷位置,对不同残损因素进行单参量数值模拟分析,确定带有缺陷木梁的最大工作应力位置,分析木梁破坏的敏感位置,探究木梁承载力安全性的变化规律。【结果】不同缺陷类型对七架梁安全性的影响不同,外部腐朽对七架梁承载力的影响最大,空洞缺陷次之,裂纹缺陷的影响相对最小;对于弹性阶段的受弯木梁而言,缺陷位于两下金瓜柱之间的受拉区域时,对七架梁承载力安全性的影响程度最大;不同缺陷大小对七架梁承载力的影响不同,随着木梁开裂深度、腐朽区域深度、空洞缺陷大小的增加,木梁安全性逐步降低。【结论】局部缺陷的存在会降低七架梁安全性。数值模拟结果可以精确算出木梁最大拉应力值,是定量研究缺陷对七架梁安全性影响和确定七架梁安全性监测位置点的良好方法。 展开更多

关键词 古建筑七架梁 缺陷类型 有限元分析 单参数分析 安全性

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基于敲击声MFSC特征CNN模型的古建筑木材物理力学性能评估 被引量：1

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作者 柯栋方 辛振波 +1 位作者 张厚江 彭林 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期149-160,共12页

【目的】我国有大量的木结构古建筑,在现场对古建筑木构件正常木材的物理力学性能给予方便的检测评估,是古建筑木结构日常保护、修缮和安全评估的刚性需求。本研究对敲击声信号引入机器学习算法处理,力图将便捷的敲击方式应用于古建筑... 【目的】我国有大量的木结构古建筑,在现场对古建筑木构件正常木材的物理力学性能给予方便的检测评估,是古建筑木结构日常保护、修缮和安全评估的刚性需求。本研究对敲击声信号引入机器学习算法处理,力图将便捷的敲击方式应用于古建筑木材物理力学性能的无损检测。【方法】以北京某皇家古建筑拆修下来的4段落叶松旧木构件为原材料,加工无疵试件,首先探究木试件尺寸、密度对敲击声信号的影响,试验测定木试件的密度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度等物理力学性能参数;然后对试验采集的敲击声信号进行梅尔频率谱系数(MFSC)特征提取,以敲击声MFSC特征为输入、试件物理力学性能为输出,构建古建筑木材物理力学性能卷积神经网络(CNN)评估模型。【结果】试件尺寸对敲击声信号没有影响,密度较高试件的敲击声信号的主峰频率较高;失活层对模型性能有较为明显的影响,失活层失活率为0.2时的拟合效果最佳;所建立的模型对古建筑木材物理力学性能的评估效果良好,密度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度评估值与真实值之间的决定系数分别达到0.873、0.819、0.746、0.860。【结论】本研究构建的基于敲击声MFSC特征CNN模型,对古建筑木材物理力学性能进行检测评估是可行的。 展开更多

关键词 古建筑木构件 物理力学性能 敲击声 梅尔频率谱系数(MFSC) 卷积神经网络(CNN)

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木构件局部敲击信号的时域分析与研究 被引量：4

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作者 郭开龙 张厚江 +1 位作者 管成 龚强 《林业机械与木工设备》 2019年第2期42-46,53,共6页

基于现代局部敲击法原理,模仿古建筑木构件采用脉冲锤、信号放大器等设备对有缺陷的圆形截面木柱及矩形截面板材进行了局部敲击试验,对采集的信号进行时域分析,计算参量敲击冲击时间τ,结果发现:在相同敲击力情况下,缺陷区域的敲击冲击... 基于现代局部敲击法原理,模仿古建筑木构件采用脉冲锤、信号放大器等设备对有缺陷的圆形截面木柱及矩形截面板材进行了局部敲击试验,对采集的信号进行时域分析,计算参量敲击冲击时间τ,结果发现:在相同敲击力情况下,缺陷区域的敲击冲击时间明显大于良好区域的敲击冲击时间,且敲击冲击时间与缺陷大小具有良好的相关性,相关性达到0. 9以上。 展开更多

关键词 局部敲击法 敲击冲击时间 缺陷刚度 接触材料

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树干横力弯曲中性轴的数值模拟

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作者 徐鹏飞 张厚江 +1 位作者 辛振波 袁江玉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-14,共14页

【目的】为了评估树木的风载安全性,研究树木在风力作用下的横力弯曲,确定树干横截面形状、树轮、缺陷等因素对树干弯曲中性轴的影响。【方法】采用欧拉–伯努利梁假设,推导了通用弯曲中性轴倾斜角计算公式。随后设计了树干模型,模型包... 【目的】为了评估树木的风载安全性,研究树木在风力作用下的横力弯曲,确定树干横截面形状、树轮、缺陷等因素对树干弯曲中性轴的影响。【方法】采用欧拉–伯努利梁假设,推导了通用弯曲中性轴倾斜角计算公式。随后设计了树干模型,模型包括3种外轮廓(圆形、椭圆形、随机形状)和两种内部结构(多层同心、圆形缺陷),并采用不同的弹性模量模拟材料属性的变化。最后进行数值模拟,采用随机森林算法分析、预测数值模拟的结果,确定各个因素的重要性。【结果】在树轮模型中,质形偏心距<4 mm的比例超过97%,各因素影响质形偏心距的重要性为早晚材弹性模量比>树轮数量>偏心距与基圆半径之比>截面圆度;偏转角(实际弯曲中性轴倾斜角相对均匀截面弯曲中性轴倾斜角的偏转角)均<0.5°,且<0.08°的比例高于97%,影响树干弯曲中性轴倾斜角的重要性为载荷方位角>截面圆度>偏心距与基圆半径之比>树轮数量>早晚材弹性模量比。在缺陷模型中,质形偏心距<5 mm的数量约占总数的80%,在5~15 mm之间的约为15%,>15 mm的约为5%,各因素影响质形偏心距的重要性为缺陷半径>缺陷树干与正常树干弹性模量之比>偏心距与基圆半径之比>截面圆度;偏转角<1°的比例超过90%,但在极限情况下偏转角也可达到50°,影响弯曲中性轴倾斜角的重要性为载荷方位角>截面圆度>偏心距与基圆半径之比>缺陷半径>缺陷树干与正常树干弹性模量之比。【结论】树轮对树干弯曲中性轴的影响很小,横截面轮廓形状、缺陷对其影响较大。在进行树干受力检测计算时,可忽略树轮的影响,但要考虑树干横截面形状和缺陷的影响。 展开更多

关键词 弯曲 安全评估 数值模拟 质形偏心距 弯曲中性轴倾斜角

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树干风摆变形远程监测系统开发研究

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作者 寻明格 宋仁才 +1 位作者 张厚江 徐鹏飞 《林业机械与木工设备》 2025年第11期79-85,共7页

树木在风力作用下其树干会发生倾斜和弯曲变形,监测树干风摆变形可以为评估树木在极端天气条件下发生折干、倾覆等安全问题的可能性提供基础数据。设计开发了树干风摆变形远程监测系统,以实现树干风摆变形数据的实时采集、处理、传输与... 树木在风力作用下其树干会发生倾斜和弯曲变形,监测树干风摆变形可以为评估树木在极端天气条件下发生折干、倾覆等安全问题的可能性提供基础数据。设计开发了树干风摆变形远程监测系统,以实现树干风摆变形数据的实时采集、处理、传输与可视化渲染等功能,并且通过树木斜拉试验和现场风摆测试检验监测系统的可行性。树木斜拉试验中,监测系统测得的数据与德国设备检测的数据,具有很好的一致性,证明了监测系统数据采集的准确性。现场风摆测试中,监测系统连续稳定运行240 h,网络通信成功率保持在97.263%以上,表明了监测系统的可靠性。试验结果表明监测系统能够满足树干风摆变形远程监测的需求。 展开更多

关键词 树干 风摆变形 远程监测 可视化

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应力波在落叶松活立木中传播影响因素数值模拟 被引量：2

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作者 刘丰禄 张厚江 +2 位作者 王喜平 姜芳 管成 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期203-212,共10页

探究应力波在落叶松活立木中传播的影响因素,有助于研究应力波在人工林活立木中的传播机理。依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,将活立木看作只由心材层和边材层组成的两层结构材料,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSO... 探究应力波在落叶松活立木中传播的影响因素,有助于研究应力波在人工林活立木中的传播机理。依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,将活立木看作只由心材层和边材层组成的两层结构材料,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力波在活立木中的传播进行了模拟计算,并研究了敲击载荷频率、活立木胸径和心材比对应力波传播的影响。结果表明,应力波波速随着载荷脉冲频率的增大而减小;对于胸径为10cm的活立木模型,当传播距离达到1.2m时,应力波波阵面已经转换为一维平面波,而对于胸径超过30cm的活立木模型,应力波在0~1.2m传播距离内是以三维膨胀波的形式传播;活立木胸径对应力波的传播速度有影响,当胸径小于10cm时,波速较小且基本没有发生变化,当胸径从10cm增加到40cm时,应力波的波速随着活立木胸径的增加而增加,而当胸径超过40cm时,波速略微增加后保持相对稳定;应力波在活立木中的波速随着心材比的增大而减小。胸径对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状有影响,而敲击载荷频率和心材比对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状没有影响,但三者都会对应力波的传播速度产生影响,数值模拟最佳的敲击载荷频率为2.5 kHz,应力波在活立木中的传播速度不只取决于边材的力学性能,而是受到心材和边材的共同影响。 展开更多

关键词 落叶松 活立木 应力波 数值模拟

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古建木构件化学组分近红外光谱分析 被引量：4

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作者 符瑞云 张文博 +1 位作者 黎冬青 张厚江 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期114-119,共6页

在材种鉴定的基础上,通过近红外光谱(NIRS)定性分析了建成约600 a的木造古建筑木构件的化学组分,结合木构件化学组分定量分析,与现代木材相比较,探讨了近红外光谱技术评价木构件老化的可行性。结果表明:近红外二阶导数特征性谱带反映了... 在材种鉴定的基础上,通过近红外光谱(NIRS)定性分析了建成约600 a的木造古建筑木构件的化学组分,结合木构件化学组分定量分析,与现代木材相比较,探讨了近红外光谱技术评价木构件老化的可行性。结果表明:近红外二阶导数特征性谱带反映了木材纤维素以及半纤维素和木质素的基团信息,而其差谱反映出木构件与对照样化学组分变化。这些光谱特征与传统的化学组分定量分析的结果非常一致:纤维素和半纤维素相对含量减少而木质素相对含量增加,与各种组分谱带差谱的增减相对应。此外,在5 882,5 587和5 464 cm-1等谱带处反映的纤维素结晶和半结晶区的光谱信息,差谱观察到木构件与现代材落叶松之间化学组分的不变或减少,其结果与X射线衍射(XRD)方法获得的木材结晶度分析结果相一致。通过NIRS定性分析木构件化学组分及结晶度变化,接近于现场检测方法,使用便携式NIRS,在古建筑木构件端头裸露部位获取光谱信息,能够实现现场对木材化学组分的无损定性评价。本实验结果也表明,除了常规的红外光谱(FT-IR)、XRD分析技术,NIRS技术对于木构件老化状况的评价是一种有潜力的无损检测方法。 展开更多

关键词 近红外光谱 差谱 木构件 降解 化学组分

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