[发明专利]一种不同树冠条件下树木固有特性的计算方法

说明书

一种不同树冠条件下树木固有特性的计算方法，包括如下步骤：树木的主干和树冠的采集；通过采集的主干和树冠形成样品树；带叶样品树固有频率和阻尼比的测试；将树冠叶子去掉以后重复以上两个步骤，从而得到去叶样品树的固有频率和阻尼比；然后获得带叶和去叶样品树的固有频率和质量的关系，根据该关系对室外真实树木的固有特性进行估算。该方法能够更好的计算树木的固有特性，给减少树木的风振伤害奠定基础。

技术领域

本发明涉及树木防风减振的技术领域，具体涉及一种不同树冠条件下树木固有特性的计算方法。

背景技术

我国林业资源丰富，树木种类繁多，林业对社会经济的发展起到重要作用。风灾是树木遭受的主要自然灾害之一，能够引起树木的连根拔起、折断和死亡等破坏现象，从而影响木材的质量和产量，给林业生产造成巨大的经济损失。

树木固有特性是树的主要特性参数之一，包括固有频率和阻尼比。固有频率是自由振动时的频率，与外力载荷大小无关，仅与系统固有特性有关，是风振响应分析的基础。在树木风致振动过程中存在多种阻尼，树木冠层的空气阻力能够对能量进行耗散及传输转移，使树木的振动及能量大幅衰减，有利于提高树木的稳定性。因此，研究树木结构的固有特性能够更好地研究树木在风振下的响应特性，从而减少风害对树木的破坏。

发明内容

本发明的目的是为了更好地掌握不同树冠条件下树木固有特性的规律以及固有频率的计算方法。

为了达到上述目的，本发明不同树冠条件下树木固有特性的计算方法包括如下步骤：

一种不同树冠条件下树木固有特性的计算方法，包括如下步骤：

步骤1，树木的主干和树冠的采集，将不同尺寸的主干以及各种形态结构的树冠从田间采下；

步骤2，通过采集的主干和树冠形成样品树，将不同形状质量的树冠固定连接在的某个主干上，然后将同一个树冠固定连接至不同的主干上形成新的整体；

步骤3，样品树固有特性的测试，利用激光位移传感器测试新的样品树整体在瞬时外力作用下做自由衰减时的位移响应，从而得到其固有频率和阻尼比；

步骤4，将树冠叶子去掉以后重复步骤2-3，从而得到去叶样品树的固有频率和阻尼比；

步骤5，单独主干的质量为M，去叶前树冠质量为m1，去叶后树冠质量为m2；单独主干条件下，固有频率与之间存在二次函数的关系，带叶样品树的固有频率与之间仍然存在二次函数的关系，去叶样品树的固有频率与之间存在三次函数的关系；

步骤6，根据步骤5中样品树质量和固有频率之间的数量关系，对室外真实树木的固有特性进行估算。

进一步地，步骤3中，不同的主干被夹持在固定装置上，不同的树冠用铁丝捆绑、热熔胶粘贴固定在主干上，通过绳子施加外力，利用由12V稳压电源供电的位移传感器、以及USB数据采集卡和电脑测试样品树整体在自由衰减振动下的位移响应。

本发明的有益效果：树冠结构具有很强的随机性及自相似性，大量试验和理论都已证实树冠的结构形态是树木振动特性的主要影响因素之一。而现有的理论主要给出了树木固有频率与树木胸径、高度、枝干长度等之间的关系，并没有研究相同主干条件下不同树冠对树木整体的影响以及活体立木质量与固有频率之间的关系。当树木遭受强风侵害时，自身的振动特性机制与其伤害程度密切相关，因此获得主干相似但树冠不同以及树冠相似但主干不同树木的固有特性规律，以及树木与质量的数量关系能够更好的计算树木的固有特性，给减少树木的风振伤害奠定基础。

附图说明

图1为本发明实施例中所述的样品树固有特性的测试方法结构示意图。

图2为本发明实施例中所述的自由衰减下样品树的位移响应曲线。

图3为本发明实施例中所述的样品树的主干参数表。