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分形与小波理论在水曲柳弯曲断裂中的应用研究

作　者: 甄梦莹
导　师: 王逢瑚
学　校: 东北林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 木材 断裂 分形 小波
分类号: TS61
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本论文将分形理论与小波理论结合起来研究木材的力学性质。研究工作由三部分组成。首先运用小波理论来分别研究径切材和弦切材的性质,具体来讲就是研究预置不同裂纹长度、不同含水率的试件的小波能量率性质及裂纹长度与含水率这两个单因素结合的双因素条件下的试件的小波能量率的性质,通过研究不同裂纹长度、不同含水率及双因素条件下的试件的能量率,得出可通过小波分析得出试件的不同频段的能量率的关系来预测试件的缺陷及含水率情况。之后首先运用定性的方法表征受弯断裂的试件的外观形貌,发现随着试件裂纹长度的减小及含水率的减小,断口呈现出复杂的趋势,而双因素条件下的试件外观形貌较复杂,之后运用“小岛法”研究试件的断口的性质,用“周长-面积”法计算断口的分形维数,在计算分形维数时采用的是计算机软件,研究得出随着试件裂纹长度的增加,断口的分形维数呈现出减小的趋势,随着试件含水率的增加,断口的分形维数呈现出减小的趋势。最后研究了断裂试件的分形维数及试件的抗弯强度、断裂韧性、抗弯弹性等力学性质随着试件裂纹长度与含水率变化的趋势,研究发现,试件的分形维数与其裂纹长度及含水率并没有呈现出显著的线性关系,因此运用小波理论来提取信号的八个小波参数,并且对这八个小波参数与分形维数做线性回归分析,得出了线性回归的方程,这对了解木材的性质具有重要的作用。在木材科学中,小波理论主要被用于木质材料的无损检测,而分形理论被用于表征断口的复杂程度,将两者结合起来可以实现在不破坏木材的情况下了解其力学性能,同时了解木材内部结构及含水率的情况。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 引言  8-14
    1.1.1 分形与分维  8-9
    1.1.2 小波理论概述  9-10
    1.1.3 断裂力学及其在木材科学中研究现状  10-11
    1.1.4 分形理论在木材科学中的应用研究现状  11-13
    1.1.5 小波理论在木材科学研究中的应用  13-14
  1.2 可行性分析  14-16
    1.2.1 分形理论在木材断裂研究中的可行性  14
    1.2.2 分形理论在木材断裂研究中的应用  14-15
    1.2.3 分形理论在木材断裂力学中的应用前景  15-16
2 试验材料与方法  16-20
  2.1 试验材料及方法  16-17
    2.1.1 试验材料  16
    2.1.2 弯曲试样制备  16-17
    2.1.3 试验设备  17
  2.2 技术路线  17-18
  2.3 试验方法与方案  18-20
    2.3.1 试验方法  18
    2.3.2 试验方案  18-20
3 小波分析  20-28
  3.1 多分辨率分析技术概述  20
  3.2 图像分解  20-27
    3.2.1 不同裂纹长度锯切前后小波分解  20-25
    3.2.2 不同含水率锯切前后小波分析  25-27
    3.2.3 双因素下小波分析  27
  3.3 小结  27-28
4 分形分析  28-42
  4.1 断口的分形分析  28-30
  4.2 试件的力学性能的结果及分析  30-38
    4.2.1 预置不同裂纹长度试件的弯曲试验结果及分析  30-34
    4.2.2 不同含水率试件弯曲试验结果及分析  34-36
    4.2.3 双因素条件下试件弯曲试验结果及分析  36-38
  4.3 木材断口表面特征小岛法分析  38-40
    4.3.1 小岛法提出的背景  38-39
    4.3.2 断口的制备  39
    4.3.3 断口表面分形维数的计算  39-40
  4.4 木章小结  40-42
5 运用分形和小波分析研究木材的力学性能  42-52
  5.1 裂纹长度对木材力学性质的影响  42-44
    5.1.1 不同裂纹长度与试件的分形维数及力学性质的关系  42-43
    5.1.2 不同裂纹长度的试件的小波参数与力学性能的关系  43-44
  5.2 含水率对木材力学性质的影响  44-46
  5.3 双因素下试件的分形维数及力学性质  46-50
  5.4 本章小结  50-52
结论  52-54
参考文献  54-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-59
致谢  59-60

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 木材加工工业、家具制造工业 > 理论
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