树干横力弯曲中性轴的数值模拟

作     者：徐鹏飞 张厚江 辛振波 袁江玉 Xu Pengfei;Zhang Houjiang;Xin Zhenbo;Yuan Jiangyu

作者机构：北京林业大学工学院北京100083 北京林业大学木材无损检测国际联合研究所北京100083 山东农业大学机械与电子工学院山东泰安271018 北京市昌平区十三陵特区办事处北京102213 

基　　金：国家自然科学基金(31328005) 树木对文物建筑保存状态影响研究横向项目(2019HXFWGXY007) 

出 版 物：《北京林业大学学报》 (Journal of Beijing Forestry University)

年 卷 期：2024年第46卷第8期

页      码：1-14页

摘      要：【目的】为了评估树木的风载安全性,研究树木在风力作用下的横力弯曲,确定树干横截面形状、树轮、缺陷等因素对树干弯曲中性轴的影响。【方法】采用欧拉–伯努利梁假设,推导了通用弯曲中性轴倾斜角计算公式。随后设计了树干模型,模型包括3种外轮廓(圆形、椭圆形、随机形状)和两种内部结构(多层同心、圆形缺陷),并采用不同的弹性模量模拟材料属性的变化。最后进行数值模拟,采用随机森林算法分析、预测数值模拟的结果,确定各个因素的重要性。【结果】在树轮模型中,质形偏心距树轮数量>偏心距与基圆半径之比>截面圆度;偏转角(实际弯曲中性轴倾斜角相对均匀截面弯曲中性轴倾斜角的偏转角)均截面圆度>偏心距与基圆半径之比>树轮数量>早晚材弹性模量比。在缺陷模型中,质形偏心距15 mm的约为5%,各因素影响质形偏心距的重要性为缺陷半径>缺陷树干与正常树干弹性模量之比>偏心距与基圆半径之比>截面圆度;偏转角截面圆度>偏心距与基圆半径之比>缺陷半径>缺陷树干与正常树干弹性模量之比。【结论】树轮对树干弯曲中性轴的影响很小,横截面轮廓形状、缺陷对其影响较大。在进行树干受力检测计算时,可忽略树轮的影响,但要考虑树干横截面形状和缺陷的影响。

主 题 词：弯曲 安全评估 数值模拟 质形偏心距 弯曲中性轴倾斜角 

学科分类：082902[082902] 08[工学] 0829[工学-安全科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.12171/j.1000-1522.20240073

馆 藏 号：203138907...