聲振檢測法在木材缺陷檢驗中的應用

2018-12-14 15:51:37 閱讀次數:944

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摘要:聲振檢測法以其操作簡單、低成本、對木材無損傷等特點在木材缺陷無損檢測中越來越受到重視,本文主要研究聲振檢測法及模态分析法在木材裂紋缺陷檢驗中的應用,通過對2個木材試樣進行測試,定量獲取其試驗參數,驗證了聲振檢測法的良好效果,為後續聲振檢測法在木材其他缺陷中的廣泛應用提供數據支持。

關鍵詞:木材檢驗;裂紋;聲振檢測法;頻響函數;模态分析技術


1 測試背景

随着我國經濟和木材工業的發展,木材的需求量逐年升高;而長期以來我國森林資源總量不足,分布不均,人均森林資源占有量低,森林質量不高且森林資源增長較慢。因此,如何合理高效的利用森林和木材資源,避免木材資源的浪費變得十分重要;而木材缺陷無損檢測技術是提高木材利用率,減少木材的不合理消耗的重要措施。近年來,木材缺陷無損檢測技術也得到了很大的發展,主要有:目測法、振動法、應力波檢測法、超聲波檢測法、聲發射檢測法、微波檢測法、X射線法、核磁共振法、圖像檢測法、聲振檢測法等。

聲振檢測法主要是在振動法的基礎上發展而來的,是一種新興的無損檢測方式。本文主要研究聲振檢測法和模态分析法在木材裂紋缺陷檢驗中的應用,通過木材裂紋檢驗案例,驗證聲振檢測法檢驗效果,為後續聲振檢測法在木材其他缺陷中的廣泛應用提供基礎。


2 聲振檢測法及試驗系統

2.1 試驗原理

聲振檢測法,又名聲學振動檢測法,主要是通過對木材的敲擊試驗,利用數據采集設備采集聲波信号,從而獲取待測木材試樣的共振頻率。由于木材的内部或外部的有無缺陷及缺陷位置的不同都會影響聲音的頻率,而且獲得的木材的頻響也與敲擊力度沒有關系。因此,可通過頻率來判斷木材是否有缺陷及木材缺陷狀況。

聲振檢測法相對于振動法的一個突出優勢為無附加質量,可以獲取待測試樣真實的頻率。

2.2 測試方法

試驗采用基于變時基技術的錘擊法進行試驗測試,利用高精度的數據采集儀獲取敲擊的力信号和響應信号,通過獲取的信号得到其頻響函數,從而待測試件獲取其振動頻率,待測試樣如圖1所示。

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圖1 待測試樣示意圖

 

2.3 測試系統

試驗系統采用東方振動和噪聲技術研究所研發的測試系統,其主要包括:采集分析軟件、硬件系統及其他,測試系統連接如圖2所示。

1)采集分析軟件

DASPV11工程版平台軟件,模态動力學軟件;

2)硬件系統

采集儀:INV3062T雲智慧采集儀;

激勵:INVMSC-3小彈性力錘+INV1841A調理棒;

響應:INV9206聲壓傳感器

3)其他

筆記本電腦、連接導線、膠帶等。

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圖2 測試系統連接圖

3分析方法

3.1 待測試件1不同狀态測試結果

本文測試了待測試件在完好狀态、一條裂縫、兩條裂縫三種狀态下的振動頻率,其測試得到的頻響曲線分别如圖3、圖4及圖5所示,分别統計其前4階固有頻率,其頻率值如表一所示。

表一  待測試件1三種狀态頻率變化對比表

木材狀态

頻率1/Hz

頻率2/Hz

頻率3/Hz

頻率4/Hz

完好

153.32

761.328

1183.98

1671.09

一條裂縫

148.633

750.977

1176.37

1655.08

兩條裂縫

146.094

741.797

1174.80

1633.79

image004.png

3 待測試樣1完好狀态頻響函數曲線

image005.png

4 待測試樣1一條裂縫頻響函數曲線

image006.png

5 待測試樣1兩條裂縫頻響曲線圖

3.2 待測試樣2兩種狀态模态測試分析

對待測試件2進行模态測試,對試件2完好狀态和一條裂縫狀态進行模态測試,其前4階模态頻率如表二所示,試樣二完好狀态的前四階模态振型如圖6

表二 待測試樣2不同狀态前四階固有頻率列表

頻率

完好/Hz

1條裂縫頻率/Hz

1

139.152

135.518

2

374.009

371.105

3

705.072

693.863

4

1008.507

986.611

 image007.png

a)第一階振型


image008.png

b)第二階振型


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c)第三階振型


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d)第四階振型

6 待測試樣2模态振型(完好狀态)


4 結論

通過對兩個待測木材試樣進行聲振檢測試驗及模态測試試驗,可以得出結論:

本文主要利用聲振檢測法和模态測試方法對木材裂紋缺陷進行了試驗測試,通過兩個待測木材試樣不同狀态的定量試驗可以得出,通過聲振檢測法測試和模态方法測試木材不同狀态的固有頻率是檢測木材裂紋的一種行之有效的檢測方法;其木材裂紋缺陷對固有頻率變化非常敏感。

因此,本文通過2個實測案例,驗證了利用聲振檢測法測試木材的固有頻率在木材缺陷檢測中的良好效果,為後續此種檢測方法在木材其他缺陷中的廣泛應用提供數據支持。