北木材无损检测技术的研究与应用—北美木材无损检测方法的研究进展—应力波
1.3 应力波
不同的声波被使用到木材的无损检测中,声波范围为从音频(接近20kHz)到低超声频率(500kHz)。敲击产生的应力波属于低音频范围(1~5 kHz),在木材中具有较好的传播信号,且开发的检测仪器价格低廉、实用性强,因而得到了广泛应用。
有学者研究了应力波在木材中的传播行为和波参数与木材性质之间的相关性,发现通过测量木材的应力波传播迅速,能够有效地预测木材的强度,并揭示了波速与木材性质间的密切相关关系。正是这种相关性,使应力波检测技术对木材性质的预测与评价得以实现。
在木材中传播的应力波参数(波速、衰减)大小,均与木材性质有关,但波速是最容易测量和处理的检测参数。根据波速,可以预测木材的硬度和强度,从而达到原木分等的目的。Xiping W等总结了应力波检测活立木腐朽的方法、原理及现有设备的检测性能和准确性,提出在阔叶树材中,应力波沿木材径向单位长度(m)的传播时间为1000us;在针叶树材中为670 us,并给出了相关的传播时间计算公式:
阔叶树材:T0=1000D
针叶树材:T0=670D
式中:T0—应力波沿径向传播的时间,us;D—原木直径,m。检测时,日光传播时间低于相应树种的判定值,可认定为健全材,反之为腐朽材或不健全材。
Brashaw等使用4种应力波设备Metriguard
新的检测设备也在不断地开发和应用,如T300,能够对立木性质进行有效检测;而应力波断层成像技术(Stress Wave Tomography)是近年新发展起来、用于活立木内部诊断的无损检测方法。通过测量木材断面不同方向应力波的传播速度,再通过矩阵变换重构后,可以二维或三维图像方式,表示木材内部的情况。
Gilber等采用此法进行立木腐朽检测,发现应力波断层成像技术能够很好地反应木材内部腐朽情况,通过图像,能观测到腐朽发生的部位、面积和大小。其缺点是,容易把细小开裂指示为小面积腐朽;另外,显示严重腐朽和空洞的颜色区别不大,还需要借助其它检测方法来进一步确认。