全 文 ：第 wt卷 第 y期
u s s x年 tt 月
林 业 科 学
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‘²√ qou s s x
实木板材的动态弹性模量检测
刘镇波 刘一星 于海鹏 袁俊奇
k东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 以市场上购买的气干核桃楸 !水曲柳和红松板材为试材 o采用基于打击音的快速傅里叶变换kƒƒ×l频谱
分析方法 o检测试材的动态抗弯弹性模量 o并与力学实验机测定的试材静态抗弯弹性模量作比较 ∀结果表明 }用声
共振 ƒƒ×快速自动检测实木板材的弹性模量具有普遍性意义 o且比简单根据木材密度估计的方法提高了木材静弹
性模量推测的准确度和精度 ∀
关键词 }板材 ~无损检测 ~动态弹性模量
中图分类号 }≥z{t1u| 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsy p stuy p sy
收稿日期 }ussw p s{ p s| ∀
基金项目 }黑龙江省/十五0攻关重点项目kŠ…su„ts{ p tl ∀
tl胡英成 qt||z q利用振动法对人造板动态弹性模量进行无损检测的研究 q东北林业大学硕士学位论文
Ρεσεαρχη ον τηε ∆ψναµιχ Μοδυλυσ οφ Ελαστιχιτψ Μεασυρεµεντ οφ Λυµ βερ
¬∏«¨ ±¥² ¬∏≠¬¬¬±ª ≠∏‹¤¬³¨ ±ª ≠∏¤±∏±´ ¬
k ΚεψΛαβορατορψοφ ΒιοpΒασεδ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Τεχηνολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον o Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
Αβστραχτ } Œ·¤¬°¨ §¤·²©©¨µ¬±ª·¨¦«±¬´∏¨ µ¨©¨µ¨±¦¨ ©²µ¶·∏§¼¬±ª·«¨ ³µ²§∏¦·¯¬±¨ ²©º²²§¶·µ¨±ª·«. ¶µ¨¤¯ ·¬°¨ µ¤·¬±ªqŒ·¤§²³·¨§
·«¨ ±¤·∏µ¨ ©µ¨ ∏´¨±¦¼ °¨ ¤¶∏µ¨°¨ ±·¶¼¶·¨° ²©©¤¶·©²∏µ¬¨µ·µ¤±¶©²µ°kƒƒ×l ·² ¤∏·²p°¨ ¤¶∏µ¨ ·«¨ §¼±¤°¬¦ °²§∏¯∏¶²© ¨¯¤¶·¬¦¬·¼
k⁄’∞l o¤±§¤§²³·¨§°¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ·¨¶·°¤¦«¬±¨ ·² °¨ ¤¶∏µ¨·«¨ ¶·¤·¬¦°²§∏¯∏¶²©¨¯¤¶·¬¦¬·¼k Ε≥l ²©¤¬µ2§µ¼¬±ª ∏¯°¥¨µº«¬¦«º¨ µ¨
¥∏¼¬±ª©µ²°·«¨ °¤µ®¨·q׫¨ ¶³¨¦¬¨¶¤µ¨ ¬±¦¯∏§¬±ª Φραξινυσ µανδσηυριχαo Πινυσκοραιενσισoϑυγλανσ µανδσηυριχαq≥²°¨ µ¨¶∏¯·¶
º¨ µ¨ ª¤¬±¨ §¤±§ §¨¶¦µ¬¥¨§¤¶©²¯ ²¯º¶}tl׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ¥¨·º¨ ±¨ √¨¨ µ¼ ¶³¨¦¬¨¶. Ε≥ ¤±§·µ¤±¶√¨ µ¶¨ √¬¥µ¤·¬²± ⁄’∞k Εƒ l o
²¯±ª¬·∏§¬±¤¯ √¬¥µ¤·¬²± ⁄’∞k ŏl ¤µ¨ ¶¬ª±¬©¬¦¤±·qulƒ²µº«²¯¨¶³¨¦¬¨¶o·«¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ¥¨·º¨ ±¨ Ε≥ ¤±§ Εƒ o ŏ ¤µ¨ °²µ¨
¶¬ª±¬©¬¦¤±··«¤±·«¤··«¨ ¶¬±ª¯¨¶²µ·²©¶³¨¦¬¨¶. qŒ·¬±§¬¦¤·¨§·«¤··«¨ °¨ ·«²§²©ƒƒ× ¬¶∏±¬√¨ µ¶¤¯ qvl׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²±¶¥¨·º¨ ±¨ Ε≥
¤±§¶¤°³¯ .¨ ¶§¨±¶¬·¼kΘl ¤µ¨ ¶¬ª±¬©¬¦¤±·o¥∏··«¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²±¦²¨©©¬¦¬¨±·²© Ε≥ ¤±§Θ¬¶¯ ²º¨ µ·«²¶¨ ¥¨·º¨ ±¨ Εƒ o ŏ¤±§ Ε≥ qŒ·
¬±§¬¦¤·¨§·«¤·º²²§ Ε≥ ¬¶°²µ¨ ¬¨¤¦·¥¼·«¨ °¨ ·«²§²© ¶¨·¬°¤·¬±ª¥¤¶¨§²± ƒƒ× °¨ ¤¶∏µ¬±ª·«¤±·«¨ °¨ ·«²§²© ¶¨·¬°¤·¬±ª¥¤¶¨§²±
§¨±¶¬·¼q
Κεψ ωορδσ} ∏¯°¥¨µ~±²±p§¨¶·µ∏¦·¬√¨ ·¨¶·~§¼±¤°¬¦°²§∏¯∏¶²©¨¯¤¶·¬¦¬·¼k⁄’∞l
无损检测技术是一门以不破坏被检测对象的性质和使用效果为前提 o对材料进行有效检测和测试 o借以
评价材料的完整性k缺陷分析l或其他k物理力学l特性的综合性应用科学技术k李坚 ot||tl ∀它在材料领域
得到了广泛应用 o并且也相对成熟 o最近半个多世纪来 o生物质材料 ) ) ) 木材领域的无损检测技术也得到了
快速发展 ∀
木材的声传播特性 !声共振特性的物理参数 o与木材的力学性质有着内在的联系 o因此 o可利用木材振动
的基本共振频率或机械波传递速度的测量 o对其质量或强度性质进行无损检测 ∀木材弹性模量是表征木材
力学性能最基本和最重要的指标之一 o因此如何运用木材的振动特性实现快速 !准确 !简便地检测木材弹性
模量是木材强度无损检测的一个重要研究内容k刘镇波等 ousswl ∀目前公认的检测木材抗弯弹性模量的最
准确方法是静态弯曲法 o但这种方法测量时间长 !过程繁琐 o不适合于生产实际 ∀各国学者为了在实际生产
中能快速 !简便的检测木材力学强度 o进行了大量的木材动态弹性模量检测试验 o并取得了一定的研究成果
k‘²¥∏² ετ αλqot||t ~‹¤¬±¨ ¶ετ αλqot||y ~Œ¯¬¦ousstl o在发达国家 o已开始将振动法检测木材弹性模量技术用
于在线检测k•²¥¨µ·ετ αλqot||{l ∀在我国 o从 us世纪 {s年代也开展了相关领域的研究 o其主要采用超声波
脉冲首波等幅法 !ƒƒ× 分析技术等方法对木材及木质人造板动态弹性模量进行检测与分析tl k戴澄月等 o
t|{z ~赵学增等 ot|{{ ~李华等 oussv ~王志同等 ot||xl ∀
目前我国利用检测木材动态弹性模量以达到木材力学强度的无损检测技术还仅局限于实验室研究阶
段 o人们研究的对象也只局限于国标力学试验规定的小试件木材k一般为 vss °° ≅ us °° ≅ us °°l o而市场
上流通和生产中经常被检测的却是大尺寸实木板材 o一般实木板材长度为 t ∗ w ° o宽度为 ys ∗ vss °° o厚度
为 tu ∗ ys °° o对于它们的动态弹性模量无损检测研究相对很少 ∀因此研究实木板材动态弹性模量的实时
检测对优化 !合理利用木材及实现在线木材力学强度无损检测具有重要的实际意义 ∀
本文主要采用基于打击音的快速傅里叶变换kƒƒ×l分析的振动方法对实木气干板材的动态弹性模量进
行快速检测 o并分析动态弹性模量与静态弹性模量之间的相关程度及利用动弹性模量推测静态弹性模量的
可行性 o以期为实现木材的在线快速检测提供重要的技术参考 ∀
t 材料与方法
111 材料
选用东北常见 !具有代表性的 v种树种 }核桃楸kϑυγλανσ µανδσηυριχαl !水曲柳k Φραξινυσ µανδσηυριχαl !红
松k Πινυσ κοραιενσισl ∀试件为木材市场上流通的部分常用尺寸实木气干板材 o将购置的试材在温 !湿度相对
稳定的实验室中放置 v个月 o在试验开始之前对试件表面进行加工 o并截去端部开裂的部分 ∀试件的尺寸及
密度见表 t ∀
表 1 试件的尺寸与密度
Ταβ .1 ∆ιµενσιον ανδ δενσιτψ οφ σαµ πλεσ
序号
‘²q
树种
≥³¨¦¬¨¶
样本数
‘∏°¥¨µ²©¶¤°³¯¨
长度
¨±ª·«Π°°
宽度
•¬§·«Π°°
厚度
׫¬¦®±¨ ¶¶Π°°
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
t 核桃楸 ϑq µανδσηυριχα tw t sss ∗ u tss tvt1{ ∗ uvs1s uv1t ∗ vt1v s1wvy ∗ s1xvt
u 水曲柳 Φq µανδσηυριχα tw t xss ∗ u tss tyt1t ∗ uux1u uz1v ∗ vs1y s1xzu ∗ s1zxw
v 红 松 Πq κοραιενσισ y u sss tv|1s ∗ usy1u us1t ∗ uy1u s1wst ∗ s1w{t
112 动态弹性模量检测
本试验的动态弹性模量检测采用 u种振动方式 o即纵波共振方式和横波共振方式 ∀
图 t 纵波共振试验原理图
ƒ¬ªqt × ¶¨·³µ¬±¦¬³¯¨¦«¤µ·²© ²¯±ª¬·∏§¬±¤¯ µ¨¶²±¤±¦¨
t1u1t 纵波共振法 纵波共振法检测木材共振频率的试验
原理如图 t所示 o用轻质的纸板在试件的两端将其支撑起 ∀
将高灵敏度的微音器置于试件一端的侧面 o再用小锤敲击试
件的另一端以获得振动信号 o微音器将采集到的信号传到
ƒƒ×分析仪进行解析 o得到共振频率 ∀用公式ktl可计算出
木材的纵波动态弹性模量值k李坚 oussul ∀
ŏ € wΛu φuµΘΠµu ktl
式中 }ŏ为试件纵波动态弹性模量kŠ°¤l ~Λ为试件的长度k°l ~φ° 为试件纵波共振频率k‹½l ~Θ为试件的密
度k®ª#°pvl ~µ 为高次谐频对基频的倍数 ∀
图 u 横波共振法试验原理图
ƒ¬ªqu × ¶¨·³µ¬±¦¬³¯¨¦«¤µ·²©·µ¤±¶√ µ¨¶¨ µ¨¶²±¤±¦¨
t1u1u 横波共振法 横波共振法检测木材共振频率的试验
原理如图 u 所示 o在木材试件对应的基频振动节点处
ks1uuwΛl用轻质纸板将其支撑起 o将高灵敏度的微音器置于
试件一端的下方 o然后用小锤敲击试件的另一端或中部的上
面 ∀微音器将采集到的信号传到 ƒƒ×分析仪进行解析 o得到
共振频率 ∀用公式kul可计算出木材抗弯弹性模量值k李坚 o
ussul ∀
Εƒ € w{Πu ΘΛw φuµΠk µw Τul kul
式中 }Εƒ 为试件横波动态弹性模量kŠ°¤l ~Λ为试件的长度k°l ~φ° 为试件纵波共振频率k‹½l ~Τ为试件厚度
k°l ~µ 为振动阶数所决定的系数 ~Θ为试件的密度k®ª#°pvl ∀
zut 第 y期 刘镇波等 }实木板材的动态弹性模量检测
113 静态弹性模量检测
采用日本产的岛津万能力学实验机k„Š p tsׄl对所有实木板材试件k表 tl进行静态弹性模量测量 ∀由
于目前还没有实木板材静态弹性模量检测的国家标准 o因此 o在对实木板材的静态弹性模量进行检测时参考
Š… t|vy1u p |t o并做适当的改变 }实验机的压头尺寸要符合试验试件尺寸的要求 ~施加荷载提高到 ts ∗ us
®‘或者 us ∗ ws ®‘~要注意弯曲量不能过大 o以免压断试材 ~进行多点测量并取平均值等等 ∀
u 结果与分析
通过上述试验后 o所测得纵波动态弹性模量k ŏl !横波抗弯弹性模量k Εƒl !静态弹性模量值k Ε≥l如表 u
所示 ∀
表 2 试件的各种弹性模量值 ≠
Ταβ .2 ∆ψναµιχ ανδ στατιχ µ οδυλυσ οφ ελαστιχιτψ οφ σαµ πλεσ
序号 ‘²q 树种 ≥³¨¦¬¨¶ ŏЊ°¤ ŃЊ°¤ Ε≥Њ°¤
t 核桃楸 ϑq µανδσηυριχα tt1wvv ∗ tx1uyz tt1uv| ∗ tw1zuz z1wws ∗ tu1ztz
u 水曲柳 Φq µανδσηυριχα tv1t{v ∗ us1wv| tu1zty ∗ us1syw z1uxt ∗ tw1vyx
v 红松 Πq κοραιενσισ |1ssz ∗ tu1sz| {1xuy ∗ tu1|uz y1{{| ∗ {1zvx
211 横波动态弹性模量与静态弹性模量之间的相关性分析
核桃楸 !水曲柳 !红松 v个树种分别作为独立的样本空间时 o采用横波共振法检测到的 Εƒ 与 Ε≥ 之间的
关系如图 v ∗ x所示 ∀图 y表示核桃楸 !水曲柳 !红松 v个树种作为一个总体样本空间时 Εƒ 与 Ε≥ 之间的关
系 ∀采用一元线性回归数学模型对每个树种的独立样本空间及总体样本空间进行回归分析 o所得到的有关
参数及相关系数如表 v所示 ∀
图 v 核桃揪的 Ε≥ 与 Εƒ 之间的关系
ƒ¬ªqv ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ Εƒ ²© ϑqµανδσηυριχα
图 x 红松的 Ε≥ 与 Εƒ 之间的关系
ƒ¬ªqx ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ Εƒ ²© Πqκοραιενσισ
图 w 水曲柳的 Ε≥ 与 Εƒ 之间的关系
ƒ¬ªqw ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ Εƒ ²© Φqµανδσηυριχα
图 y 总体样本的 Ε≥ 与 Εƒ 之间的关系
ƒ¬ªqy ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ Εƒ ²© º«²¯¨¶¤°³¯ ¶¨
从图 v ∗ y及表 v中可以看出 o不同树种试件组的 Ε≥ 与 Εƒ 之间均呈线性相关 o相关系数都在 s1{以上 ∀
核桃楸和水曲柳的 Ε≥ 与 Εƒ 之间呈显著的线性相关 o红松的 Ε≥ 与 Εƒ 之间呈线性相关 ov种树种水曲柳的
Ε≥ 与 Εƒ 之间相关系数最大 ∀当 v种不同树种合并为一个样本空间时 oΕ≥ 与 Εƒ 显著相关 ∀
{ut 林 业 科 学 wt卷
表 3 静弹性模量与横波共振弹性模量之间的相关方程 ≠
Ταβ .3 Τηε χορρελατιον εθυατιον βετωεεν ΕΣ ανδ ΕΦ
树 种
≥³¨¦¬¨¶
样本数
‘∏°¥¨µ²©¶¤°³¯¨
线性回归 ¬±¨ ¤µµ¨ªµ¨¶¶¬²±}ψ€ αξ n β
ψ ξ α β ρ
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±·
核桃楸 ϑq µανδσηυριχα tw Ε≥ Εƒ s1|wv | p v1wwu t s1{s| s 3 3
水曲柳 Φq µανδσηυριχα tw Ε≥ Εƒ s1{{s w p v1v|z s s1{|| y 3 3
红 松 Πq κοραιενσισ y Ε≥ Εƒ s1uzt s x1tzt { s1{xs z 3
总样本 ײ·¤¯ ¶¤°³¯¨ vw Ε≥ Εƒ s1yu{ | s1{wz t s1{y{ w 3 3
≠ 3 为显著 ~3 3 为非常显著 ∀ 3 ¬¶¶¬ª±¬©¬¦¤±·~ 3 3 ¬¶ ¬¨·µ¨µ°¨¯¼ ¶¬ª±¬©¬¦¤±·q下同 ∀׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
212 纵波动态弹性模量与静态弹性模量之间的相关性分析
核桃楸 !水曲柳 !红松 v个树种分别作为独立的样本空间时 o采用纵波共振法检测到的 ŏ与 Ε≥ 之间的
关系如图 z ∗ |所示 ∀图 ts表示核桃楸 !水曲柳 !红松 v个树种作为一个总体样本空间时 ŏ与 Ε≥ 之间的关
系 ∀采用一元线性回归数学模型对每个树种的独立样本空间及合并各树种为总体样本空间进行回归分析 o
所得到的有关参数及相关系数如表 w所示 ∀
图 z 核桃楸的 Ε≥ 与 ŏ之间的关系
ƒ¬ªqz ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ ŏ²© ϑqµανδσηυριχα
图 | 红松的 Ε≥ 与 ŏ之间的关系
ƒ¬ªq| ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ ŏ²© Πqκοραιενσισ
图 { 水曲柳的 Ε≥ 与 ŏ之间的关系
ƒ¬ªq{ ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ ŏ²© Φqµανδσηυριχα
图 ts 总体样本的 Ε≥ 与 ŏ之间的关系
ƒ¬ªqts ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Ε≥ ¤±§ ŏ²© º«²¯¨¶¤°³¯ ¶¨
从图 z ∗ ts及表 w中可以看出 o核桃楸和水曲柳树种试件组的 Ε≥ 与 ŏ之间的呈线性相关 o且相关性显
著 o除红松外 o相关系数均在 s1z|以上 ∀水曲柳的 Ε≥ 与 ŏ的相关系数最大 o红松的 Ε≥ 与 ŏ的线性相关
系数最小 ∀当 v种不同树种合并为一个样本空间时 oΕ≥ 与 ŏ之间呈显著的相关性 ∀
对于红松树种 oΕ≥ 与 ŏ之间线性相关性不明显 o可能是受红松本身材质的影响 o红松的材质具有变异
性较大 !节子多等特点 ~同时 o本次试验的红松试件存在着一定的腐朽 o这些都降低了动态与静态弹性模量之
间的相关性 ∀在对红松进行动态弹性模量检测过程中也发现 o红松的共振频率不易测得 o频谱图像比较散
乱 ∀因此 o对于缺陷较多的木材 o要用一定的系数修正回归方程 o以提高动态与静态弹性模量之间的相关程
度 o但缺陷对基于声振动方式估计的木材力学强度精度的影响程度还有待进一步研究与探讨 ∀
表 4 静态弹性模量与纵波共振弹性模量之间的相关方程
Ταβ . 4 Τηε χορρελατιον εθυατιον βετωεεν ΕΣ ανδ ΕΛ
树 种
≥³¨¦¬¨¶
样本数
‘∏°¥¨µ²©¶¤°³¯¨
线性回归 ¬±¨ ¤µµ¨ªµ¨¶¶¬²±}ψ€ αξ n β
ψ ξ α β ρ
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±·
核桃楸 ϑq µανδσηυριχα tw Ε≥ ŏ t1t|u { p y1|uv s s1z|x z 3 3
水曲柳 Φq µανδσηυριχα tw Ε≥ ŏ s1{{| w p v1|zu t s1{{z { 3 3
红 松 Πq κοραιενσισ y Ε≥ ŏ s1u{z y w1|{| z s1y|z w
总样本 ײ·¤¯ ¶¤°³¯¨ vw Ε≥ ŏ s1x|{ u t1tuu y s1{ww v 3 3
|ut 第 y期 刘镇波等 }实木板材的动态弹性模量检测
从上述分析中可以看出 oŏ与 Ε≥ 的相关系数要小于 Εƒ 与 Ε≥ 的相关系数 o这也是合乎规律的 ∀因为
Ε≥ 的检测方式为弯曲变形 oΕƒ 的检测方式为弯曲振动 o都是基于弯曲的原理 o而 ŏ的检测方式为纵波共
振 o与前两者相比较 o检测的原理存在着一定的差异 o这就引起了 ŏ与 Ε≥ 之间相关性弱于 Εƒ 与 Ε≥ 之间的
相关性 ∀这与 Œ¯¬¦kusstl用小尺寸试件试验得出的/ ŏ与 Ε≥ 之间相关性弱于 Εƒ 与 Ε≥ 之间相关性0的结论
相吻合 ∀
同时 o从表 v !w中也可看出 o每个树种或总体样本的 Εƒ p Ε≥ 与 ŏp Ε≥ 回归方程的斜率 α值和纵截距
β值都比较接近 o即 Εƒ p Ε≥ 与 ŏp Ε≥ 回归方程是 u条接近平行且间距较小的直线 o因此可以说明应用 u种
动态弹性模量推测静态弹性模量都是可行的 ∀从回归方程的斜率 α值看 o核桃楸 !水曲柳接近于 t o而红松
不到 s1v ~从回归方程的纵截距看 o相关性较大的核桃楸 !水曲柳的纵截距  s o而相关系小的红松的纵截距
是  s o这 u点可说明样本中红松试件的力学强度值比较小 o且通过动弹估计红松的静弹时受其他因素影响
较大 ∀
213 ΕΣ !ΕΦ !ΕΛ 之间相关性的总体分析
) σ ) ρΕ≥ p Εƒ ) υ ) ρΕ≥ p ŏ ) ω ) ρΕƒ p ŏ
图 tt 几种相关系数之间的比较
ƒ¬ªqtt ׫¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³²©§¬©©¨µ¨±·¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ¦²¨©©¬¦¬¨±·
t核桃揪 ϑqµανδσηυριχα ~ u水曲柳 Φqµανδσηυριχα~
v红松 Πqκοραιενσισ~ w总体样本 Τηε ωηολε ¶¤°³¯ ¶¨q
核桃楸 !水曲柳 !红松及总体样本空间的 Ε≥ !Εƒ !ŏ相互之间
的相关系数如图 tt所示 ∀从图中可以看出 o核桃楸 !水曲柳 !红松 v
种树种作为独立的样本空间及将 v种树种合并为一个总体样本空
间时 o测得的各种弹性模量之间都有如下的关系 }ρΕƒ p ŏ  ρΕ≥ p Εƒ 
ρΕ≥ p ŏ o即 u种动态弹性模量之间的相关程度最高 o相关系数最大 o
而静弹性模量 Ε≥ 与纵波共振动弹性模量 ŏ之间的相关程度最
低 o相关系数最小 ∀
从前面的分析及图 tt中可以看出 o当不同树种试件合并为总
体样本空间时 o任意 u种弹性模量之间的相关程度较高kρΕ≥ p Εƒ €
s1{y{ w oρΕ≥ p ŏ € s1{ww v oρΕƒ p ŏ € s1|{v wl o基本上不低于单个树种
的相关程度 ∀这说明用 ƒƒ×快速自动检测实际大尺寸木材的弹性
模量具有普遍性意义 o实用性较强 ∀在获得大量基础性试验数据
的前提下 o不必考虑树种变化的影响 o可进行实际大尺寸木材弹性
模量的自动检测 o从而为木材强度在线实时检测成套设备的研制提供重要的技术指标 ∀
214 弹性模量与密度之间的相关性分析
众所周知 o木材密度是决定木材强度的一个重要因素 o以往采用小尺寸标准试件进行的试验研究均表明
木材密度与弹性模量之间存在着一定程度的相关关系k赵学增等 ot|{{l ∀根据本次采用实际大尺寸试件的
研究可以看出k图 tul o静态弹性模量 Ε≥ 与密度 Θ之间呈显著相关 o其相关系数 ρΕ≥ p Θ € s1zuu s ∀
图 tu 密度与 Ε≥ 之间的关系
ƒ¬ªqtu ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ²© Θ¤±§ Ε≥
同时结合前面的分析得出 }静态弹性模量 Ε≥ 与密度 Θ的相关程度
要小于动态弹性模量 Εƒ !ŏ与静态弹性模 Ε≥ 之间的相关程度kρ €
s1{ ∗ s1| o除红松外l o这说明采用声共振 ƒƒ×测定木材动态弹性模量的
方法比简单地根据木材密度估计的方法提高了木材静弹性模量推测的
准确度和精度 ∀
为了进一步考察密度对静态与动态弹性模量之间相关性的影响 o不
考虑树种因素 o将试件按密度范围分成 v组k见表 x o表中列出 u种密度
范围划分方式l o分析不同密度范围内 Ε≥ p Εƒ !Ε≥ p ŏ之间的相关性 ∀
从表 x中可以看出 o在不同密度范围 oΕ≥ p Εƒ !Ε≥ p ŏ之间都呈显著相
关性 o且有与 u1v中分析相一致的 ρΕ≥ p Εƒ  ρΕ≥ p ŏ规律 ~同时发现随着密度增大 oρΕ≥ p Εƒ !ρΕ≥ p ŏ也逐渐增大 o但
是否能说明/密度越大 o静态与动态弹性模量之间的相关性越好0这一结论还需要进一步研究 ∀将不同密度
svt 林 业 科 学 wt卷
范围与总体样本空间相比较 o可以看出总体样本空间的 ρΕ≥ p Εƒ !ρΕ≥ p ŏ基本上都接近或大于单个密度范围内
的 ρΕ≥ p Εƒ !ρΕ≥ p ŏ o这也进一步说明了用 ƒƒ×快速自动检测实木板材的弹性模量具有普遍性意义 ∀
表 5 不同密度范围的 ΕΣ !ΕΦ !ΕΛ 之间的相关性
Ταβ . 5 Τηε χορρελατιον οφ ΕΣ , ΕΦ ανδ ΕΛ ιν διφφερεντ ρανγε οφ δενσιτψ
密度范围
•¤±ª¨ ²©§¨ ±¶¬·¼
样本数
‘∏°¥¨µ²©¶¤°³¯¨
相关系数 ρ • ¨¯¤·¬²± ¦²¨©©¬¦¬¨±·ρ
ρΕ≥ p Εƒ ρΕ≥ p ŏ
密度范围
•¤±ª¨ ²©§¨ ±¶¬·¼
样本数
‘∏°¥¨µ²©¶¤°³¯¨
相关系数 ρ • ¨¯¤·¬²± ¦²¨©©¬¦¬¨±·ρ
ρΕ≥ p Εƒ ρΕ≥ p ŏ
s1wst ∗ s1w{t tu s1y{u z 3 3 s1x|y x 3 s1wst ∗ s1xvt us s1zxv t 3 3 s1zst y 3 3
s1xss ∗ s1x|z tt s1zxy { 3 3 s1y|t u 3 3 s1xzu ∗ s1yvv y s1zzu v 3 s1zzx s 3
s1ytv ∗ s1zxw tt s1|s| t 3 3 s1{xv s 3 3 s1yxw ∗ s1zxw { s1{ys s 3 3 s1zzy x 3 3
s1wst ∗ s1zxw ≠ vw s1{y{ w 3 3 s1{ww v 3 3 s1wst ∗ s1zxw ≠ vw s1{y{ w 3 3 s1{ww v 3 3
≠ 为总体样本密度范围 Œ·. ¶µ¤±ª¨ ²©§¨±¶¬·¼ ²©·«¨ ·²·¤¯ ¶¤°³¯¨q
v 结论
v种树种无论是分别作为独立样本还是合并为总体样本空间 o静弹性模量k Ε≥l与 u种动弹性模量k ŏ!
Εƒl之间基本都呈显著的线性关系 o但 Ε≥ 与 ŏ之间的相关程度kρ€ s1{ww vl要小于 Ε≥ 与 Εƒ 之间的相关
程度kρ€ s1{y{ wl ∀
不同树种试件合并为总体样本空间时 oΕ≥ 与 ŏ!Εƒ 之间的相关程度基本上不低于单个树种的相关程
度 ∀这说明用 ƒƒ×快速自动检测实际大尺寸木材的弹性模量具有普遍意义 o实用性较强 o在大量的基础性实
验的前提下 o可为木材强度在线实时检测成套设备的研制提供重要的检测方法和技术参数 ∀
静态弹性模量和密度间存在一定的相关关系 o但其相关程度要小于动态弹性模量 Εƒ !ŏ与静态弹性模
量 Ε≥ 之间的相关程度 o这说明采用声共振 ƒƒ×测定木材弹性模量的方法比简单地根据木材密度估计的方
法提高了木材静弹性模量推测的准确度和精度 ∀
参 考 文 献
戴澄月 o刘一星 o李 坚 o等 qt|{z q木材强度超声检测的研究 q东北林业大学学报 otxkul }{u p |w
李 华 o刘秀英 qussv q大钟寺博物馆钟架的超声波无损检测 q木材工业 otzkul }vv p vx
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