應用聲發射技術和圖像分形理論對樟子松木材裂紋演化特征的檢測1)

賴菲 王明華 肖灑 丁銳 羅蕊寒 鄧婷婷 李明

(西南林業大學，云南，650224)(安徽工程大學)

聲發射(AE)技術，是根據材料在外加載荷作用下產生瞬態彈性波，判斷材料內部損傷程度的動態無損檢測技術[1]。目前在木材科學領域，聲發射技術主要應用于木材缺陷檢測[2]、載荷作用下的斷裂行為研究[3]、木材損傷定位[4]等方面。關于木材斷裂模式識別的相關研究中表明，高頻高振幅的聲發射信號是由于纖維斷裂產生的，高頻低幅值聲發射信號源于木材水分蒸發，而低頻低振幅的聲發射信號則是由基體裂紋或界面裂紋引起的[5-6]。細胞壁斷裂對應的聲發射信號特征為高幅值、高能量，且持續時間長；而細胞壁界面損傷和壓潰損傷對應的聲發射信號特征為低幅度、低能量，且持續時間短[7]。縱觀已有研究結果，多數集中于通過聲發射事件、聲發射能量等參數分析材料的損傷特性，在材料產生宏觀斷裂后，聲發射參數只能定性判斷木材損傷的程度；但有研究認為，研究材料表面宏觀裂紋的演化特征，可以定量評估和實時監測斷裂階段的損傷過程[8]。

木材裂紋是非線性和不規則的幾何形體，而圖像分形理論研究的是自然界中存在的無序混亂和不規則形態的事物，可以描述其整體與局部或不同尺度下的自相似性，揭示復雜事物背后的規律。分形維數是所有分形對象的主要特征之一，是實現斷裂表面定量分析的一種有效方法。已有研究表明，分形維數是研究各種物理現象的有力工具，可以反映巖石、混凝土、煤體、水泥、木材[9-12]的損傷演化程度。……