张志文 苗媛媛

(黑龙江生态工程职业学院，哈尔滨，150025) (大连宜家家具制造有限公司)

节子对木材振动性能的影响

张志文 苗媛媛

(黑龙江生态工程职业学院，哈尔滨，150025) (大连宜家家具制造有限公司)

采用弯曲振动实验方法，测定、分析了无节子正常试件、截断后胶接(即含胶接面)及插入节子(即用木材节子取代正常试件中的一段)后试件的前四阶弹性模量、前二阶阻尼系数。研究结果表明:含胶接面试件的一阶至四阶弹性模量值相比无节子正常试件基本呈现降低的趋势，前二阶阻尼系数相对与无节子正常试件呈增大的趋势，其中一阶阻尼系数受影响最大;在正常试件中插入节子后，各阶弹性模量均呈现下降趋势，前二阶阻尼系数呈现增大的趋势，其中一阶弹性模量与一阶阻尼系数受插入节子的影响最大。

节子;振动性能;弹性模量;阻尼系数

节子是木材的自然特性之一，虽然从木材表面上看，节子对木材的花纹具有一定的装饰、美化效果，但在木材检验中，都将节子视为木材缺陷[1]，这主要是因为:节子对木材的振动力学性能起到负面的作用[2-3]。

木材振动性能的检测一般采用弯曲振动法、纵向振动法等[4]，这些方法主要通过共振的方式测定木材的固有频率，进而计算反映振动性能的各项参数，因此，其还可实现对木材力学性能的无损检测[5]。在以往的研究中，主要是将节子视为木材的缺陷，开展木材中是否存在节子的无损检测研究[6-9]。而对节子对木材振动性能影响程度研究却甚少。笔者对此方面的研究，有助于掌握节子对振动特性参数的影响，以进一步探索采用振动方法检测木材节子的可能性。

木材的动态弹性模量、阻尼系数是反映木材振动性能的基本参数，其它如比动弹性模量、声辐射品质常数、损耗角正切均可从上述的两个参数演化而来，因此，对无节子正常试件、含胶接面及插入节子试件的动态弹性模量、阻尼系数进行测定、分析研究，以期发现节子对木材振动性能的具体影响。

1 材料与方法

本研究采用的树种为:樟子松、桦木，共30个试件。胶接面试件为15个，插入节了试件也为15个。试件的规格尺寸如表1所示。

表1 试验试件的基本参数

用游标卡尺(精确度为0.01)测量试件的宽度和厚度，计算其平均值。

利用弯曲振动的试验方法，在无缺陷材试样的波型节点处用弹力线将试样呈水平悬吊，节点位置根据振动学理论计算，对于基波(一次波)振动模式，其节点位置距端头距离为试件长度的0.224倍。实验时用小木棰敲击试件的一端或中心部，试件另一端的下方放置振动接受器麦克，接收信号通过前置放大器、滤波器后，由FFT分析仪处理得到共振频率;进而计算出振动特性的各项参数。

将无缺陷材从中间锯开后再用乳白胶将试件接在一起，用以上相同的方法测定有胶面的试件共振频率，进而计算振动特性的各项参数。

在含胶接面的试件中间锯掉部分，插入一段实际节子(5～8cm)，用以上相同的方法测定有胶接面并插入节子的试件的共振频率，进而计算振动特性的各项参数。

2 结果与分析

2.1 胶接面的影响

通过实验，计算得出有胶接面、无胶接面试件的各阶弹性模量、阻尼系数等振动参数，并对有胶接面与无胶接面试件之间进行比较分析，结果如表2所示。可以看出，有胶面试件的一阶、二阶弹性模量值相比无胶面试件呈现降低的趋势，三阶、四阶弹性模量基本上也呈现降低趋势，但也出现个别异常的数据。总体看来，有胶面试件一阶弹性模量相对无胶面试件的衰减量较小，所有试件平均衰减10％左右，且总样本空间衰减量的变异系数也较小，小于5％;虽然二阶至四阶弹性模量的衰减量与一阶弹性模量相比仅是稍有增大，但衰减量的变异系数却也要大得多，有胶面试件相对无胶面试件的二阶、三阶弹性模量衰减量变异系数为15％，而四阶弹性模量衰减量的变异系数达到了17％。

从表2中也可以看出，有胶接面试件的前两阶阻尼系数相对与无胶接面试件均呈现增大的趋势，其中一阶阻尼系数的增大量相对二阶阻尼系数更大，一阶阻尼系数的增大量大于20％，而二阶阻尼系数增大量仅为10％左右。两阶阻尼系数增大量的变异系数均在11％左右。

表2 有胶接面、无胶接面试件的比较

2.2 节子的影响

在正常试件中，插入同树种的节子，再进行实验，计算得出正常无节子试件与插入节子后的有节子试件的各阶弹性模量、阻尼系数等振动参数，并进行比较分析，结果如表3所示。可以看出，在正常试件中插入节子后，各阶弹性模量均呈现下降趋势，其中一阶弹性模量变化最为明显，相对于正常试件，插入节子后试件的弹性模量平均下降了近30％，总样本空间衰减量的变异系数为8％左右;二阶、四阶弹性模量的衰减量低于15％，而三阶弹性模量的衰减量低于10％，二阶至四阶弹性模量衰减量的变异系数与一阶弹性模量接近。

表3 有节子、无节子试件的比较

从表3中可以看出在正常试件中插入节子后，一阶、二阶阻尼系数相对也呈现增大的趋势，其中一阶阻尼系数的增大量相对二阶阻尼系数更大，一阶阻尼系数的平均增大量达到45％，其增大量的变异系数为22％;而二阶阻尼系数平均增大量为15％左右，增大量的变异系数为15％。

从上面的分析可以看出，插入节子后，一阶弹性模量与一阶阻尼系数的变化量最大，即受的影响最大。

3 结论

采用弯曲振动实验方法，测定、比较分析了正常无节子试件、含胶接面及插入节子试件的前四阶弹性模量、前二阶阻尼系数，研究结果得出:有胶接面试件的一阶至四阶弹性模量值相比正常无节子试件基本呈现降低的趋势。其中，一阶弹性模量平均衰减10％左右，二阶至四阶弹性模量的衰减量与一阶弹性模量相比稍有增大;有胶接面试件的前两阶阻尼系数相对与正常无节子试件均呈现增大的趋势，其中一阶阻尼系数的增大量大于20％，而二阶阻尼系数增大量仅为10％左右。

在正常试件中插入节子后各阶弹性模量均呈现下降趋势，其中一阶弹性模量变化最大，相对于正常试件，插入节子后试件的弹性模量平均下降了近30％，二阶、四阶弹性模量的衰减量低于15％，而三阶弹性模量的衰减量低于10％;在正常试件中插入节子后，一阶、二阶阻尼系数相对呈现增大的趋势，其中一阶阻尼系数的平均增大量达到45％，二阶阻尼系数平均增大量为15％左右。

从分析结果可以看出，插入节子后，一阶弹性模量与一阶阻尼系数的变化量最大，即受的影响最大。

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

[2] Lam F，Barrett J D，Nakajima S.Influence of knot area ratio based grading rules on the engineering properties of Hem-fir used in Japanese post and beam housing[J].Wood Sci Technol，2004，38:83-92.

[3] Xu P.Estimating the influence of knots on the local longitudinal stiffness in radiata pine structural timber[J].Wood Science and Technology，2002，36:501-509.

[4] 沈隽.云杉属木材构造特征与振动特性参数关系的研究[M].哈尔滨:东北林业大学出版社，2001.

[5] 胡英成.木质复合材料的动态特性与无损检测[M].哈尔滨:东北林业大学出版社，2004.

[6] 王慧，任长清，白帆，等.边缘识别法在节子整体视频检测中的验证[J].林业机械与木工设备，2004，32(2):22-23.

[7] 任洪娥.基于数学模型的原木节子视频识别理论研究[J].计算机应用研究，2006(3):136-137.

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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

张志文，男，1961年8月生，黑龙江生态工程职业学院应用技术系，副教授。

2010年12月1日。

责任编辑: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.