[發明專利]一種不同樹冠條件下樹木固有特性的計算方法

在審

• 申請號: 202010190911.0
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111504438A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 林歡
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01H13/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

一種不同樹冠條件下樹木固有特性的計算方法，包括如下步驟：樹木的主干和樹冠的采集；通過采集的主干和樹冠形成樣品樹；帶葉樣品樹固有頻率和阻尼比的測試；將樹冠葉子去掉以后重復以上兩個步驟，從而得到去葉樣品樹的固有頻率和阻尼比；然后獲得帶葉和去葉樣品樹的固有頻率和質量的關系，根據該關系對室外真實樹木的固有特性進行估算。該方法能夠更好的計算樹木的固有特性，給減少樹木的風振傷害奠定基礎。

技術領域

本發明涉及樹木防風減振的技術領域，具體涉及一種不同樹冠條件下樹木固有特性的計算方法。

背景技術

我國林業資源豐富，樹木種類繁多，林業對社會經濟的發展起到重要作用。風災是樹木遭受的主要自然災害之一，能夠引起樹木的連根拔起、折斷和死亡等破壞現象，從而影響木材的質量和產量，給林業生產造成巨大的經濟損失。

樹木固有特性是樹的主要特性參數之一，包括固有頻率和阻尼比。固有頻率是自由振動時的頻率，與外力載荷大小無關，僅與系統固有特性有關，是風振響應分析的基礎。在樹木風致振動過程中存在多種阻尼，樹木冠層的空氣阻力能夠對能量進行耗散及傳輸轉移，使樹木的振動及能量大幅衰減，有利于提高樹木的穩定性。因此，研究樹木結構的固有特性能夠更好地研究樹木在風振下的響應特性，從而減少風害對樹木的破壞。

發明內容

本發明的目的是為了更好地掌握不同樹冠條件下樹木固有特性的規律以及固有頻率的計算方法。

為了達到上述目的，本發明不同樹冠條件下樹木固有特性的計算方法包括如下步驟：

一種不同樹冠條件下樹木固有特性的計算方法，包括如下步驟：

步驟1，樹木的主干和樹冠的采集，將不同尺寸的主干以及各種形態結構的樹冠從田間采下；

步驟2，通過采集的主干和樹冠形成樣品樹，將不同形狀質量的樹冠固定連接在的某個主干上，然后將同一個樹冠固定連接至不同的主干上形成新的整體；

步驟3，樣品樹固有特性的測試，利用激光位移傳感器測試新的樣品樹整體在瞬時外力作用下做自由衰減時的位移響應，從而得到其固有頻率和阻尼比；

步驟4，將樹冠葉子去掉以后重復步驟2-3，從而得到去葉樣品樹的固有頻率和阻尼比；

步驟5，單獨主干的質量為M，去葉前樹冠質量為m1，去葉后樹冠質量為m2；單獨主干條件下，固有頻率與之間存在二次函數的關系，帶葉樣品樹的固有頻率與之間仍然存在二次函數的關系，去葉樣品樹的固有頻率與之間存在三次函數的關系；

步驟6，根據步驟5中樣品樹質量和固有頻率之間的數量關系，對室外真實樹木的固有特性進行估算。

進一步地，步驟3中，不同的主干被夾持在固定裝置上，不同的樹冠用鐵絲捆綁、熱熔膠粘貼固定在主干上，通過繩子施加外力，利用由12V穩壓電源供電的位移傳感器、以及USB數據采集卡和電腦測試樣品樹整體在自由衰減振動下的位移響應。

本發明的有益效果：樹冠結構具有很強的隨機性及自相似性，大量試驗和理論都已證實樹冠的結構形態是樹木振動特性的主要影響因素之一。而現有的理論主要給出了樹木固有頻率與樹木胸徑、高度、枝干長度等之間的關系，并沒有研究相同主干條件下不同樹冠對樹木整體的影響以及活體立木質量與固有頻率之間的關系。當樹木遭受強風侵害時，自身的振動特性機制與其傷害程度密切相關，因此獲得主干相似但樹冠不同以及樹冠相似但主干不同樹木的固有特性規律，以及樹木與質量的數量關系能夠更好的計算樹木的固有特性，給減少樹木的風振傷害奠定基礎。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所述的樣品樹固有特性的測試方法結構示意圖。

圖2為本發明實施例中所述的自由衰減下樣品樹的位移響應曲線。

圖3為本發明實施例中所述的樣品樹的主干參數表。