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[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
廖春晖 张厚江 黎冬青 孙燕良 王喜平
为了快速、有效地筛查出古建筑木构件内部的缺陷,并估算其大小(尺寸),使用Fakopp应力波检测仪和微钻阻力仪,在尽可能小的损伤情况下,快速筛查古建筑圆柱形木构件内部缺陷及其大小(尺寸)。并选取北京市古建筑常用木材落叶松(圆盘)进行验证试验。结果表明,利用Fakopp应力波检测仪和微钻阻力仪可以现场筛查古建筑木构件的内部缺陷及其大小(尺寸)。
关键词：
古建筑 圆柱形木构件 内部缺陷 筛查
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
王天龙 陈永平 刘秀英 姜恩来 余如龙
以现场检测古建筑木构件的缺陷和评价残余弹性模量为目的,采用三维应力波的方法对保国寺大殿C1柱进行了现场勘查。结果表明:三维应力波无损检测技术可较好地进行现场古建筑木构件内部缺陷的检测,不仅可以现场检测同一高度截面内的缺陷状况,而且还可以现场检测不同高度的截面之间的缺陷状况;通过波速在不同截面之间的变化状况,说明柱子的缺陷主要存在于近地面区域;三维应力波无损检测技术还可较好地进行现场古建筑木构件平均残余弹性模量评价,传感器之间的距离对柱子的平均残余弹性模量的测定影响相对较小。
关键词：
应力波 现场 缺陷 残余弹性模量
[期刊] 海洋水产研究
[作者]
王飞 丁天明
根据动力学原理,研究在水流作用下圆柱形网箱锚绳的受力特性,导出锚绳形状和张力的一阶微分方程组,并利用四阶Runge-Kutta计算法,结合Matlab工具,对圆柱形网箱的系泊锚绳,在水流速度、水流冲角、水深和锚绳长度等参数下的空间位置及张力变化进行数值求解和仿真模拟。模拟结果显示,在给定的初始条件下,锚绳长度对锚绳的空间位置影响最显著,水流冲角对锚绳张力的影响最大,水深对形状和张力的影响最不明显;锚绳张力随长度的增加而减小,随水流冲角、流速的增加而增加。
关键词：
圆柱形网箱 锚绳 张力和形状 数值模拟
[期刊] 水产学报
[作者]
黄小华 郭根喜 胡昱 陶启友 张小明
介绍了一种用于模拟水流作用下网箱受力变形的数值计算模型,并利用海上实测数据对计算模型进行了验证。验证结果表明,网箱锚绳力的计算结果与实测数据十分接近,最大相对误差为7.0%。在此基础上,分别对圆柱形网箱和圆台形网箱在不同配重(GW1=350 kg、GW2=600 kg)和流速(U=0.3～0.9 m/s)条件下所受的水流力以及容积损失率进行了数值计算。结果表明,两种网箱无论在所受的水流力方面还是在变形后保持的网箱容积方面随流速和配重的变化趋势基本一致。圆柱形网箱的容积损失率远大于圆台形网箱的容积损失率,在较小流速(U=0.3 m/s)研究时,圆柱形网箱的容积损失率达到了28%左右,具有较明显的...
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
郭维东 郭文卓 张黎
以矩形水槽试验为基础,利用先进的声学多普勒测速仪(ADV)对该试验条件下半圆柱形边墩周围水流紊动特性进行系统的研究分析,并全面测量了边墩周围水流的三维紊动强度。根据试验数据,探讨了水流的紊动机理,同时对半圆柱形边墩周围水流纵向、横向及垂向的紊动强度分布特点进行了比较。结果表明:垂向紊动强度沿水深变化较小,基本接近一常值;纵、横向紊动强度相对强于垂向紊动强度,说明边墩周围水流的紊动是各项异性的。
关键词：
矩形水槽 半圆柱形边墩 紊动强度
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
于永柱 管成 张厚江 姚霄芮 张典 辛振波
【目的】墙体木柱作为木结构古建筑最重要的承重构件之一,容易出现裂纹、腐朽等缺陷,而各类缺陷会影响墙体木柱顺纹压应力的分布,导致其承载力降低,进而影响其安全性,直接威胁整个建筑的稳定性。因此,研究不同类型的缺陷对古建筑墙体木柱安全性影响是很有必要的。【方法】首先建立了墙体木柱裂纹缺陷、腐朽缺陷以及复合缺陷几何模型,并定义了墙体木柱的受压安全性系数k_c,然后使用Abaqus有限元软件分别模拟分析了裂纹缺陷模型、单侧腐朽缺陷模型、环形腐朽缺陷模型和复合缺陷模型最大顺纹压应力的大小和位置,探究了不同尺寸的缺陷对墙体木柱安全性的影响,并进行了实例验证。【结果】单侧腐朽缺陷以及复合缺陷会使墙体木柱在径向上出现较大偏移,对木柱的稳定性产生较大影响,而裂纹缺陷和环形腐朽缺陷在径向、顺纹方向和切向上偏移较小;裂纹缺陷、单侧腐朽缺陷、环形腐朽缺陷和复合缺陷都对墙体木柱最大顺纹压应力和安全性有较大影响,最大顺纹压应力总是出现在有效截面面积最小处,且均随各缺陷程度的增大呈指数增加,而安全性系数呈指数下降,同时复合缺陷对墙体木柱安全性的影响要大于单一缺陷对墙体木柱的安全性影响。半露明柱与暗柱在腐朽深度相同时,安全性相差不大,在腐朽面积相同时,半露明柱的安全性要远低于暗柱。【结论】裂纹缺陷和腐朽缺陷会降低墙体木柱的安全性,而有限元数值模拟能够计算出墙体木柱的顺纹压应力最大值,进而量化墙体木柱的安全性,其结果可以为墙体木柱的修缮提供依据。
关键词：
墙体木柱 缺陷 数值模拟 安全性
[期刊] 林业科学
[作者]
罗勇锋 李羲 李贤军 陈红斌 柴媛
基于麦克斯韦电磁场方程和木材传热传质机制,构建微波预处理过程中木材内电磁场分布及热质迁移模型,采用有限元分析软件(Comsol Multiphysics)模拟微波馈入方式及谐振腔半径对圆柱形谐振腔中木材内温度分布均匀性和微波能量利用效率的影响规律,获得优化的微波谐振腔型。结果表明:1)微波馈入方式和谐振腔半径对木材内温度分布均匀性和微波能量利用效率的影响显著;2)在本研究范围内,采用三微波口馈入方式加热时,木材横截面上的温度分布最均匀,且微波能量利用效率最高,达到87.48%;3)随着微波谐振腔半径的增加,木材内温度变异系数和能量利用效率整体呈现出先减小后增加的变化趋势,优化的谐振腔半径介于0...
[期刊] 水产学报
[作者]
郑国富 黄桂芳 魏观渊 丁兰 朱健康
HDPE框架圆柱形网箱是目前我国应用最广泛的抗风浪网箱养殖设施。作者以40 m×6 m该种网箱为原型,选择λ=1/16和λ′=1/3.625~1/4.333的尺度比制造模型,于2003年7月在大连理工大学开展了模型试验,研究其在纯流(0~1.25 m.s-1)、纯波(0 m、3 m和6m)及其联合作用下的运动状态和缆绳张力特性。结果表明,缆绳张力对台风浪的响应过程复杂,纯波浪时呈“波群”状态,波流联合时呈“漂移”状态,而对季风浪响应则无此现象,其对网箱在台风浪下的破坏作用需继续研究;台风浪下,张力回归方程为T=95423V2-42546V+63329(R2=0.8736)(无底框架)和T=54...
关键词：
圆柱形抗风浪网箱 锚缆绳 张力特性
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
张厚江 朱磊 孙燕良 王喜平
为在不损害木构件功能情况下,于现场快速、有效地检测评估出构件材料的主要力学性能,以北京圆明园正觉寺鼓楼拆卸下来的落叶松材为试验对象,对力学试件进行应力波传播速度、微钻阻力、密度等检测,力图以微钻阻力与应力波速度平方的乘积(应力波-阻力模量)作为评估木构件材料力学性能的指标。经过与传统力学性能检测方法的检测结果对比发现:应力波-阻力模量与被测材料主要力学性能指标之间有较好的线性相关性,它与材料弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度的决定系数分别为0.5056、0.2609、0.4773。为了更好地使应力波-阻力模量这个参数服务于古建筑木构件材料力学性能的快速检测与评估,建议使用95%置信度回归方程作为...
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
孙荧 戴璐 漆楚生
【目的】建立随时间变化的古建筑残损木构件多因子强度退化模型，验证基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析的适用性，提高古建筑残损木构件可靠度分析的计算精度和效率，为古建筑保护中构件力学性能的量化和评估提供科学依据。【方法】综合考虑长期荷载、腐朽、虫蛀和干缩开裂对木材损伤的影响，借助已有模型和理论，建立木构件多因子损伤时变模型并推导出强度退化模型。以某古建筑木结构的典型柱为例，根据强度退化模型确定影响参数，对残损影响参数进行灵敏度计算及排序，通过设定阈值确定影响构件残损的关键参数，将非关键参数常数化以实现参数的初步降维。通过拉丁超立方法在关键参数的参数域内选点得到1 000组代表点，基于强度退化模型计算残余强度变化率，根据概率密度守恒构建概率密度演化方程，利用差分法求解得到残余强度比与随机参数的联合概率密度函数，在随机参数域内积分求得残余强度比随时间变化的概率密度函数，最后将概率密度函数在安全域内积分得到构件可靠度；同时基于蒙特卡罗法随机抽样产生10 000组参数数据对残损木柱进行可靠度分析，对比分析两种方法计算出木柱服役时间为1～1 000 a时的失效概率。【结果】随服役时间增加，木柱损伤变量逐渐增大，服役时间为1 000 a时1 000组不同参数值的构件几乎都达到失效界限；概率密度演化曲面中概率最高的残余强度比逐渐减小；构件失效概率随时间增大，即可靠度降低；服役时间为100、300、500、700、900 a的5个节点，蒙特卡罗法和概率密度演化方法计算所得的木柱失效概率差值分别为9.48%、3.92%、6.10%、8.40%、4.40%，在蒙特卡罗法参数取样量更多、计算用时更长的前提下，两者计算所得失效概率差值不超过10%。【结论】建立的多因子强度退化模型可用于木柱残余强度的评估和预测，但仍需要进一步的修正。基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析是可行的，与蒙特卡罗法相比具有更高的效率。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
欧自娜 张厚江 管成
【目的】七架梁作为大型木结构古建筑的主要承重构件,其承载力安全性直接影响古建筑木结构整体的安全性。由于周围环境和使用长久等原因造成木梁出现不同程度的缺陷,会影响木梁弯曲拉应力和剪切应力的分布,进而影响其承载力安全性。因此,研究不同缺陷类型、尺寸、位置对古建筑七架梁承载力安全性的影响很有必要。【方法】采用Abaqus有限元软件模拟计算梁上存在的裂纹、腐朽和空洞等不同缺陷时的应力分布状态,通过量化缺陷大小和缺陷位置,对不同残损因素进行单参量数值模拟分析,确定带有缺陷木梁的最大工作应力位置,分析木梁破坏的敏感位置,探究木梁承载力安全性的变化规律。【结果】不同缺陷类型对七架梁安全性的影响不同,外部腐朽对七架梁承载力的影响最大,空洞缺陷次之,裂纹缺陷的影响相对最小;对于弹性阶段的受弯木梁而言,缺陷位于两下金瓜柱之间的受拉区域时,对七架梁承载力安全性的影响程度最大;不同缺陷大小对七架梁承载力的影响不同,随着木梁开裂深度、腐朽区域深度、空洞缺陷大小的增加,木梁安全性逐步降低。【结论】局部缺陷的存在会降低七架梁安全性。数值模拟结果可以精确算出木梁最大拉应力值,是定量研究缺陷对七架梁安全性影响和确定七架梁安全性监测位置点的良好方法。
[期刊] 林业科学
[作者]
袁霄 陈勇平 唐启恒 郭文静
【目的】开展木结构古建筑常用树种木材微损检测曲线量化研究，探讨基于曲线比对的木材树种鉴定方法，以实现古建筑木构件用材树种现场识别。【方法】以古建筑木构件常用落叶松、杉木、松木、杨木等树种木材为研究对象，利用阻抗仪获取相关树种木材的阻抗仪检测曲线，通过曲线整体均值、曲线占比和曲线走势量化分析，给出微损探测获取木构件树种信息的方法和识别思路。【结果】以多基准的木材微损检测曲线数据库为基础，通过待识别曲线的比对分析，可实现木结构古建筑常用落叶松、杉木、松木、杨木等木材树种的初步鉴定，后续应在微损参数设计、基础数据库扩容以及比对算法完善方面加以改进。基于微损检测曲线进行木材树种比对，若木材密度相差较大，可分析曲线高低直接区分；若木材密度接近但曲线峰谷变化差异大，可根据曲线占比和曲线走势区分；若木材密度和曲线占比均接近，需综合古建筑历史记录、木材取材信息以及其他特征加以确定。实际应用中，结合传统取样鉴定结果并将取样构件的微损检测曲线增列至数据库，可提高识别精度。【结论】古建筑木构件用材树种现场识别是针对文物建筑特点的一种适宜性保护鉴定技术，该技术基于限定范围内木材微损检测曲线的相似度比对确定树种结果，可作为传统鉴定手段的有效补充。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
张远翼 张鹰 刘淑虎 唐翔 伍悦
大木作是中国古代建筑史中的重要内容，由于其知识点多、内容抽象且覆盖面广，仅靠传统的理论讲解并辅以图片说明，难以让学生真正理解并掌握。该文以重点文物保护单位“华林寺大殿”为例，利用虚拟现实内容创作引擎软件Idea VR构建华林寺大殿大木作虚拟模型，通过传统认知（即传统的“理论讲解+图片说明”）和虚拟认知（即虚拟环境下的大木构件拆装）实验，对虚拟环境下的华林寺大殿大木构件的认知开展实验研究。研究结果表明，虚拟认知方式对中国古建筑大木构件的感知及其理解的准确性明显高于传统认知方式，虚拟环境下的大木构件拆装教学不仅能激发学生的学习热忱、提高学生的学习兴趣，还能让学生直观地理解并掌握古建筑大木构件的名称及其相关内容。
关键词：
虚拟现实 古建筑 大木作 华林寺大殿
[期刊] 林业科学
[作者]
张斌 马星霞 蒋明亮 李晓文
【目的】制备一种环境友好型的水基化有机型防腐防虫微乳剂,以满足古建筑木构件不同生物危害防治需求,因地制宜保护古建筑木结构免受生物败坏。【方法】选择木材防腐效果较好的丙环唑、防霉抑菌的1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)和杀虫活性较高的高效氯氟氰菊酯为主成分,采用助剂添加和乳化技术制备水基化有机型防腐防虫微乳剂,通过稳定性测试、有效成分抗流失性能测试、室内抑菌活性测试、室内防腐性能测试以及野外埋地测试等评价微乳剂的性能和防腐防虫效果。【结果】制备的水基化有机型防腐防虫微乳剂兑水稀释250倍后可稳定存放60天以上且仍保持透明,-25℃下放置过夜未结冰;微乳剂稀释后处理木材的有效成分固着率达90%以上,各有效成分在木材中的固着率与其在水中的溶解度有关,溶解度高的有效成分固着率低;微乳剂处理后木材外观色泽几乎没有变化;微乳剂对木材白腐菌、褐腐菌、霉菌和变色菌抑菌效果良好;处理辐射松边材时,载药量高于161.3 g·m-3(丙环唑与高效氯氟氰菊酯配比为20∶1)时木材质量损失率低于5%,耐腐等级达到I级强耐腐等级;载药量在134.8 g·m-3以上(丙环唑与高效氯氟氰菊酯配比为20∶1)的辐射松处理材埋地半年的腐朽和白蚁蛀蚀完好值皆为10,而未处理材白蚁蛀蚀完好值为5.8。【结论】本研究制备的含丙环唑、BIT和高效氯氟氰菊酯的水基化有机型防腐防虫微乳剂有效成分含量≥10%,低毒,性能稳定,有效成分在木材中固着率高,具有良好的防腐和防白蚁效果,实际应用时可根据古建筑实际生物危害防治需求灵活调节有效成分配比。
[期刊] 林业科学
[作者]
刘存根 周玉成 刘晓平 葛浙东 罗瑞
【目的】研制一种CT扫描攀爬机器人,以实现对古建筑木立柱的CT扫描。【方法】首先,提出CT扫描攀爬机器人的环抱式+旋转机构结构,介绍机器人沿木立柱攀爬的过程,完成机器人控制系统结构设计;然后,采用耦合PD控制算法进行机器人水平伸缩关节力控制研究,采用耦合分段PID同步控制算法进行机器人垂直伸缩关节同步控制研究,实现旋转关节的速度控制;最后,依托所研制的CT扫描攀爬机器人,进行功能测试和控制效果分析。【结果】CT扫描攀爬机器人沿木立柱上下攀爬过程中,水平伸缩关节由初始位置到接触状态的接触检测力为50 N;夹持力设定值为5 000 N时,实际夹持力控制精度可达96.2%,机器人负载能力大于60 kg。垂直伸缩关节位移同步平均误差小于0.5 mm。角速度设定值为3(°)·s~(-1)时,旋转关节角速度最大稳态误差为0.116(°)·s~(-1),平均误差为0.003(°)·s~(-1),均满足CT扫描成像要求。【结论】所研制的CT扫描攀爬机器人可沿古建筑木立柱向上或向下攀爬,并通过旋转体携带CT扫描仪对木立柱进行360°CT扫描,进而完成断层图像重建,可准确评价木立柱的内部特征及健康、安全状况。
关键词：
攀爬机器人 CT扫描 古建筑 木立柱
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