声振检测法在木材缺陷检验中的应用

2018-12-14 15:51:37 阅读次数:113

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摘要:声振检测法以其操作简单、低成本、对木材无损伤等特点在木材缺陷无损检测中越来越受到重视,本文主要研究声振检测法及模态分析法在木材裂纹缺陷检验中的应用,通过对2个木材试样进行测试,定量获取其试验参数,验证了声振检测法的良好效果,为后续声振检测法在木材其他缺陷中的广泛应用提供数据支持。

关键词:木材检验;裂纹;声振检测法;频响函数;模态分析技术


1 测试背景

随着我国经济和木材工业的发展,木材的需求量逐年升高;而长期以来我国森林资源总量不足,分布不均,人均森林资源占有量低,森林质量不高且森林资源增长较慢。因此,如何合理高效的利用森林和木材资源,避免木材资源的浪费变得十分重要;而木材缺陷无损检测技术是提高木材利用率,减少木材的不合理消耗的重要措施。近年来,木材缺陷无损检测技术也得到了很大的发展,主要有:目测法、振动法、应力波检测法、超声波检测法、声发射检测法、微波检测法、X射线法、核磁共振法、图像检测法、声振检测法等。

声振检测法主要是在振动法的基础上发展而来的,是一种新兴的无损检测方式。本文主要研究声振检测法和模态分析法在木材裂纹缺陷检验中的应用,通过木材裂纹检验案例,验证声振检测法检验效果,为后续声振检测法在木材其他缺陷中的广泛应用提供基础。


2 声振检测法及试验系统

2.1 试验原理

声振检测法,又名声学振动检测法,主要是通过对木材的敲击试验,利用数据采集设备采集声波信号,从而获取待测木材试样的共振频率。由于木材的内部或外部的有无缺陷及缺陷位置的不同都会影响声音的频率,而且获得的木材的频响也与敲击力度没有关系。因此,可通过频率来判断木材是否有缺陷及木材缺陷状况。

声振检测法相对于振动法的一个突出优势为无附加质量,可以获取待测试样真实的频率。

2.2 测试方法

试验采用基于变时基技术的锤击法进行试验测试,利用高精度的数据采集仪获取敲击的力信号和响应信号,通过获取的信号得到其频响函数,从而待测试件获取其振动频率,待测试样如图1所示。

image002.png

图1 待测试样示意图

 

2.3 测试系统

试验系统采用东方振动和噪声技术研究所研发的测试系统,其主要包括:采集分析软件、硬件系统及其他,测试系统连接如图2所示。

1)采集分析软件

DASPV11工程版平台软件,模态动力学软件;

2)硬件系统

采集仪:INV3062T云智慧采集仪;

激励:INVMSC-3小弹性力锤+INV1841A调理棒;

响应:INV9206声压传感器

3)其他

笔记本电脑、连接导线、胶带等。

1.png

图2 测试系统连接图

3分析方法

3.1 待测试件1不同状态测试结果

本文测试了待测试件在完好状态、一条裂缝、两条裂缝三种状态下的振动频率,其测试得到的频响曲线分别如图3、图4及图5所示,分别统计其前4阶固有频率,其频率值如表一所示。

表一  待测试件1三种状态频率变化对比表

木材状态

频率1/Hz

频率2/Hz

频率3/Hz

频率4/Hz

完好

153.32

761.328

1183.98

1671.09

一条裂缝

148.633

750.977

1176.37

1655.08

两条裂缝

146.094

741.797

1174.80

1633.79

image004.png

3 待测试样1完好状态频响函数曲线

image005.png

4 待测试样1一条裂缝频响函数曲线

image006.png

5 待测试样1两条裂缝频响曲线图

3.2 待测试样2两种状态模态测试分析

对待测试件2进行模态测试,对试件2完好状态和一条裂缝状态进行模态测试,其前4阶模态频率如表二所示,试样二完好状态的前四阶模态振型如图6

表二 待测试样2不同状态前四阶固有频率列表

频率

完好/Hz

1条裂缝频率/Hz

1

139.152

135.518

2

374.009

371.105

3

705.072

693.863

4

1008.507

986.611

 image007.png

a)第一阶振型


image008.png

b)第二阶振型


image009.png 

c)第三阶振型


image010.png

d)第四阶振型

6 待测试样2模态振型(完好状态)


4 结论

通过对两个待测木材试样进行声振检测试验及模态测试试验,可以得出结论:

本文主要利用声振检测法和模态测试方法对木材裂纹缺陷进行了试验测试,通过两个待测木材试样不同状态的定量试验可以得出,通过声振检测法测试和模态方法测试木材不同状态的固有频率是检测木材裂纹的一种行之有效的检测方法;其木材裂纹缺陷对固有频率变化非常敏感。

因此,本文通过2个实测案例,验证了利用声振检测法测试木材的固有频率在木材缺陷检测中的良好效果,为后续此种检测方法在木材其他缺陷中的广泛应用提供数据支持。