基于有限元的原木横切面应力波振动特性的研究

摘要

为获得原木横切面应力波的振动特性,并验证利用有限元法在原木中建模的正确性,对健康樟子松和空洞樟子松圆盘试件横切面分别进行了有限元计算模态分析和试验模态分析。在有限元计算模态分析时,建立了健康樟子松与空洞樟子松圆盘试件横切面的有限元模型,然后加载求解,得到了健康樟子松与空洞樟子松圆盘试件的前5阶固有频率与模态振型;在试验模态分析时,分别采集了健康樟子松与空洞樟子松圆盘试件横切面的应力波信号,并对其进行小波包去噪处理和快速傅里叶变换,得到了健康樟子松与空洞樟子松圆盘试件的前5阶固有频率。将计算模态与试验模态前5阶固有频率相互对应并进行误差分析,结果表明,计算模态与试验模态固有频率的相对误差小于10%,具有高度吻合性,验证了樟子松圆盘试件有限元模型的正确性。由计算模态振型图可知,木材出现空洞缺陷时,空洞附近的形变量较大,这为利用有限元模型进行木质结构的优化设计提供了依据。