節子對木材振動性能的影響

張志文 苗媛媛

(黑龍江生態工程職業學院，哈爾濱，150025) (大連宜家家具制造有限公司)

節子對木材振動性能的影響

張志文 苗媛媛

(黑龍江生態工程職業學院，哈爾濱，150025) (大連宜家家具制造有限公司)

采用彎曲振動實驗方法，測定、分析了無節子正常試件、截斷后膠接(即含膠接面)及插入節子(即用木材節子取代正常試件中的一段)后試件的前四階彈性模量、前二階阻尼系數。研究結果表明:含膠接面試件的一階至四階彈性模量值相比無節子正常試件基本呈現降低的趨勢，前二階阻尼系數相對與無節子正常試件呈增大的趨勢，其中一階阻尼系數受影響最大;在正常試件中插入節子后，各階彈性模量均呈現下降趨勢，前二階阻尼系數呈現增大的趨勢，其中一階彈性模量與一階阻尼系數受插入節子的影響最大。

節子;振動性能;彈性模量;阻尼系數

節子是木材的自然特性之一，雖然從木材表面上看，節子對木材的花紋具有一定的裝飾、美化效果，但在木材檢驗中，都將節子視為木材缺陷[1]，這主要是因為:節子對木材的振動力學性能起到負面的作用[2-3]。

木材振動性能的檢測一般采用彎曲振動法、縱向振動法等[4]，這些方法主要通過共振的方式測定木材的固有頻率，進而計算反映振動性能的各項參數，因此，其還可實現對木材力學性能的無損檢測[5]。在以往的研究中，主要是將節子視為木材的缺陷，開展木材中是否存在節子的無損檢測研究[6-9]。而對節子對木材振動性能影響程度研究卻甚少。筆者對此方面的研究，有助于掌握節子對振動特性參數的影響，以進一步探索采用振動方法檢測木材節子的可能性。

木材的動態彈性模量、阻尼系數是反映木材振動性能的基本參數，其它如比動彈性模量、聲輻射品質常數、損耗角正切均可從上述的兩個參數演化而來，因此，對無節子正常試件、含膠接面及插入節子試件的動態彈性模量、阻尼系數進行測定、分析研究，以期發現節子對木材振動性能的具體影響。

1 材料與方法

本研究采用的樹種為:樟子松、樺木，共30個試件。膠接面試件為15個，插入節了試件也為15個。試件的規格尺寸如表1所示。

表1 試驗試件的基本參數

用游標卡尺(精確度為0.01)測量試件的寬度和厚度，計算其平均值。

利用彎曲振動的試驗方法，在無缺陷材試樣的波型節點處用彈力線將試樣呈水平懸吊，節點位置根據振動學理論計算，對于基波(一次波)振動模式，其節點位置距端頭距離為試件長度的0.224倍。實驗時用小木棰敲擊試件的一端或中心部，試件另一端的下方放置振動接受器麥克，接收信號通過前置放大器、濾波器后，由FFT分析儀處理得到共振頻率;進而計算出振動特性的各項參數。

將無缺陷材從中間鋸開后再用乳白膠將試件接在一起，用以上相同的方法測定有膠面的試件共振頻率，進而計算振動特性的各項參數。

在含膠接面的試件中間鋸掉部分，插入一段實際節子(5～8cm)，用以上相同的方法測定有膠接面并插入節子的試件的共振頻率，進而計算振動特性的各項參數。

2 結果與分析

2.1 膠接面的影響

通過實驗，計算得出有膠接面、無膠接面試件的各階彈性模量、阻尼系數等振動參數，并對有膠接面與無膠接面試件之間進行比較分析，結果如表2所示。可以看出，有膠面試件的一階、二階彈性模量值相比無膠面試件呈現降低的趨勢，三階、四階彈性模量基本上也呈現降低趨勢，但也出現個別異常的數據。總體看來，有膠面試件一階彈性模量相對無膠面試件的衰減量較小，所有試件平均衰減10％左右，且總樣本空間衰減量的變異系數也較小，小于5％;雖然二階至四階彈性模量的衰減量與一階彈性模量相比僅是稍有增大，但衰減量的變異系數卻也要大得多，有膠面試件相對無膠面試件的二階、三階彈性模量衰減量變異系數為15％，而四階彈性模量衰減量的變異系數達到了17％。

從表2中也可以看出，有膠接面試件的前兩階阻尼系數相對與無膠接面試件均呈現增大的趨勢，其中一階阻尼系數的增大量相對二階阻尼系數更大，一階阻尼系數的增大量大于20％，而二階阻尼系數增大量僅為10％左右。兩階阻尼系數增大量的變異系數均在11％左右。

表2 有膠接面、無膠接面試件的比較

2.2 節子的影響

在正常試件中，插入同樹種的節子，再進行實驗，計算得出正常無節子試件與插入節子后的有節子試件的各階彈性模量、阻尼系數等振動參數，并進行比較分析，結果如表3所示。可以看出，在正常試件中插入節子后，各階彈性模量均呈現下降趨勢，其中一階彈性模量變化最為明顯，相對于正常試件，插入節子后試件的彈性模量平均下降了近30％，總樣本空間衰減量的變異系數為8％左右;二階、四階彈性模量的衰減量低于15％，而三階彈性模量的衰減量低于10％，二階至四階彈性模量衰減量的變異系數與一階彈性模量接近。

表3 有節子、無節子試件的比較

從表3中可以看出在正常試件中插入節子后，一階、二階阻尼系數相對也呈現增大的趨勢，其中一階阻尼系數的增大量相對二階阻尼系數更大，一階阻尼系數的平均增大量達到45％，其增大量的變異系數為22％;而二階阻尼系數平均增大量為15％左右，增大量的變異系數為15％。

從上面的分析可以看出，插入節子后，一階彈性模量與一階阻尼系數的變化量最大，即受的影響最大。

3 結論

采用彎曲振動實驗方法，測定、比較分析了正常無節子試件、含膠接面及插入節子試件的前四階彈性模量、前二階阻尼系數，研究結果得出:有膠接面試件的一階至四階彈性模量值相比正常無節子試件基本呈現降低的趨勢。其中，一階彈性模量平均衰減10％左右，二階至四階彈性模量的衰減量與一階彈性模量相比稍有增大;有膠接面試件的前兩階阻尼系數相對與正常無節子試件均呈現增大的趨勢，其中一階阻尼系數的增大量大于20％，而二階阻尼系數增大量僅為10％左右。

在正常試件中插入節子后各階彈性模量均呈現下降趨勢，其中一階彈性模量變化最大，相對于正常試件，插入節子后試件的彈性模量平均下降了近30％，二階、四階彈性模量的衰減量低于15％，而三階彈性模量的衰減量低于10％;在正常試件中插入節子后，一階、二階阻尼系數相對呈現增大的趨勢，其中一階阻尼系數的平均增大量達到45％，二階阻尼系數平均增大量為15％左右。

從分析結果可以看出，插入節子后，一階彈性模量與一階阻尼系數的變化量最大，即受的影響最大。

[1] 李堅.木材科學[M].2版.北京:高等教育出版社，2002:263.

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[4] 沈雋.云杉屬木材構造特征與振動特性參數關系的研究[M].哈爾濱:東北林業大學出版社，2001.

[5] 胡英成.木質復合材料的動態特性與無損檢測[M].哈爾濱:東北林業大學出版社，2004.

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[9] Oja J.Evaluation of knot parameters measured automatically in CT-images of Norway spruce(Picea abies(L.)Karst.)[J].Holz als Roh-und Werkstoff，2000，58:375-379.

Influence of Knot on Vibration Properties of Wood

/Zhang Zhiwen(Heilongjiang Vocational Institute of Ecological Engineering，Harbin 150025，P.R.China);Miao Yuanyuan(IKEA Manufacturing(Dalian)Co.，Ltd.)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-112～113

Knots;Vibration properties;Modulus of elasticity;Damper coefficients

S781.1

張志文，男，1961年8月生，黑龍江生態工程職業學院應用技術系，副教授。

2010年12月1日。

責任編輯:戴芳天。

The fourth-order modulus of Elasticity(MOE)and the first-order damper coefficients(δ)of normal wood samples without knot(SN)，samples with adhesive junction(SA)and samples with inserting knot(SK)were measured using the bending vibration method.Results show that the fourth-order MOE of SA was lower than that of SN，but the first-order δ was higher than that of SN.And the first-order δ was greatly influenced by the adhesive junction.After the knot was inserted to the normal samples，all four orders of MOE decreased，and the first-order δ increased.The knot showed a more significant influence on the first-order MOE and the first-order δ than on other orders.