基于应力波的木材缺陷二维成像技术研究

摘要

腐朽、空洞等木材内部缺陷会严重影响木材物理力学特性，是降低木材质量的重要原因之一，也是木材材性检测中不可缺少的内容。我国现存大量具有重要历史意义的木结构古建筑，在对其进行维修和保护的过程当中，要求在不破坏原有结构的基础上，使用无损检测的技术与设备进行检测与鉴定。因此，针对木材内部缺陷的无损检测技术引起了人们广泛的重视。
　　 在现有的木材材性检测方法中，应力波无损检测技术因其传播距离远、使用方便、可靠、快速等特点，成为了国内外研究的焦点。但由于专利保护和技术封锁，我国尚无成熟的应力波检测产品，只能依靠价格昂贵的进口设备。因此，急需开发出国产的木材应力波无损检测设备，以降低科研单位、林业高等院校和生产企业等单位的研究、生产成本，提高我国木材无损检测技术水平。
　　 本文在综合分析国内外研究人员对应力波检测木材物理力学特性和内部缺陷的基础上，通过应力波在木材中的传播时间、距离和速度三项参数建立点速度模型算法、线速度模型算法和加权修正线速度模型算法，并通过山海关老龙头海神庙正殿和后殿的大量实际检测数据进行验证，进而将三种算法模型得出的结果与FAKOPP的检测结果进行对比，其结果为点速度模型算法和线速度模型算法基本表征了木材的内部缺陷，加权修正线速度模型算法的结果与FAKOPP的检测结果相同。
　　 本文开发了基于数字信号处理器(DSP)的应力波无损检测设备，同时编制了控制程序和人机交互界面等软件系统，并对木质圆盘进行实际检测。通过和FAKOPP进行比较后，发现自主开发研发的应力波无损检测设备不但能够有效、准确的检测木材内部应力波传播时间与速度，而且可以生成木材内部缺陷二维图像，准确度达到了FAKOPP的检测水平，本设备具有精度高，成本低，易操作等特点，填补了国产木材应力波无损检测设备的空白。
　　 综合以上理论研究和设备开发，本文建立了基于应力波的木材缺陷二维成像技术，取得了较好的实际测试效果，开发了国产木材应力波无损检测设备，与国外同类产品比较，其性价比更高，如能达到批量生产的程度，将获得良好的社会效益和经济效益。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 木材生产与量材优化设计的概述

1．2 无损检测技术的概述

1．2．1 无损检测技术的发展阶段

1．2．2 无损检测技术的发展特点

1．3 木材无损检测技术的发展现状

1．3．1 木材特性和物理力学性质的无损检测技术

1．3．2 木材缺陷的无损检测技术

1．4 应力波技术在木材无损检测中的研究现状

1．4．1 应力波检测技术的特点

1．4．2 应力波检测技术的应用

1．4．3 应力波检测设备的研究

1．5 几种常见应力波无损检测设备简介

1．6 本文的主要研究内容

第二章 木材缺陷二维成像技术的基础算法研究

2．1 应力波检测木材的基本理论

2．1．1 应力波的传播机理

2．1．2 应力波在木材当中的传播规律

2．1．3 应力波检测木材性质的基本方法

2．2 两种数学模型和算法的建立

2．2．1 点速度模型与算法

2．2．2 线速度模型与算法

2．3 两种数学模型算法的对比

2．4 本章小结

第三章 线速度模型算法的数值仿真

3．1 线速度算法的初步验证

3．2 线速度算法的自适应加权修正

3．3 线速度算法的数值模拟实验

3．4 本章小结

第四章 设备的开发试制与测试试验

4．1 应力波无损检测设备的开发与试制

4．1．1 设备的硬件开发

4．1．2 控制软件设计

4．1．3 设备的操作界面

4．1．4 设备的总体结构

4．2 应力波无损检测设备实验室样机的测试效果

4．2．1 测试材料与设备

4．2．2 测试方法与过程

4．2．3 测试试验数据

4．2．4 实验分析过程

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间学术成果

致谢