木材无损检测中的应力波传播模型与缺陷识别方法研究

木材无损检测对于提高生产效率和保证木材产品质量具有重要意义。木材应力波无损检测技术使用方便、成本低、对人体无害，受到广泛关注。目前，国内外学术界关于该技术的理论研究尚未成熟，其中若干关键科学问题有待解决。为此，本项目将围绕以下几方面开展深入研究：沿木材纵向、弦向和径向三个不同方向，探索建立木材物理、力学性质与应力波传播参数之间关系的数学模型，使之能准确地反映木材的各向异性特点；研究应力波在木材内部传播过程的计算机数值模拟方法，可视化地表示应力波传播的轨迹和波形（包括速度、位移、应力与应变等参数）的变化过程；研究应力波信号盲源分离方法与基于突变信号特征分析的木材内部缺陷识别方法，以实现对应力波信号的智能处理和高精度的木材缺陷识别。在此基础上，研发应力波无损检测原型系统，通过实际测试来验证提出的理论和方法。研究成果有助于提高木材应力波无损检测技术的精度和实用性，具有广阔的应用前景。

木材的无损检测对于提高生产效率和保证木材产品质量具有重要意义，而木材应力波无损检测技术使用方便、成本低、对人体无害，因此受到国内外的广泛关注。目前，该技术的理论研究尚未成熟，其中有若干关键科学问题有待解决。为此，本项目围绕几个方面开展了较为深入的研究。本项目依据各向同性和各向异性材料中的机械波传播理论，研究了应力波在木材中的传播过程。分析了直角坐标系下的应力波传播模型，研究了木材中应力波传播的弹性常数之间的关系，在圆柱极坐标下研究了应力波传播模型；研究了应力波在木材内部传播过程的计算机数值模拟方法，可视化地表示应力波传播的轨迹和波形（包括速度、位移、应力与应变等参数）的变化过程；研究了木材中应力波信号处理方法，特别是针对噪声环境下的应力波信号处理，提出了基于瞬时半周期的应力波信号增强算法；研究了应力波传播时延估计算法，提出了基于混合特征的木材表面缺陷检测方法，研究了基于频率特征的应力波缺陷提取方法，对木材缺陷特征进行提取和识别;研究了木材内部的缺陷图像重建算法，对原木横截面缺陷进行直观的图像显示。在此基础上，研发了多通道应力波检测仪及木材截面成像系统，通过实际测试来验证提出的理论和方法。研究成果在多处得到应用，效果显著，用户反映良好，具有广阔的应用前景。