發(fā)布時間：2021-04-06 12:52

　　樹木是地球表面自然資源的基本要素,它具有防沙、固土,綠化城市等多重作用。臺風等極端惡劣天氣容易造成樹木枝條折斷、樹木倒伏甚至連根拔起等破壞現(xiàn)象,給森林生產(chǎn)經(jīng)營、居民生活和財產(chǎn)造成極大影響。不同樹種的抗風性能存在差異,杉木是我國南方地區(qū)（如福建、廣西等）廣泛種植的一種亞熱帶經(jīng)濟林樹種,它具有廣泛的用途如橋梁、建筑、家具等。本文選取杉木為研究對象,采用有限元數(shù)值計算方法,對杉木枝干系統(tǒng)的結(jié)構特性及風致動態(tài)響應的特征進行研究,總結(jié)分析杉木結(jié)構風振的規(guī)律特點。此外,在樹木風振分析的基礎上,對風致樹葉發(fā)生凋落進行判斷、識別及凋落過程的三維可視化模擬,以期為林業(yè)生產(chǎn)、樹木修剪等提供參考。本文的研究工作主要包括三個方面:（1）基于簡化的單株杉木建模;樹木的幾何建模是進行樹木風振分析的基礎。傳統(tǒng)的樹木建模方法側(cè)重于真實感的表達,無法進行樹木結(jié)構力學的分析。為此,本文采用三維實體建模的方法,并根據(jù)杉木的幾何形態(tài)特征,將杉木枝干簡化為變截面的圓錐體進行簡化建模。同時,利用參數(shù)化建模的方法,以適應多種不同樹木形態(tài)結(jié)構特征的快速、有效建模,并分別構建:1個完整的杉木模型,10種不同的冠層修剪方式（其中包括2種... 

【文章來源】：福州大學福建省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２樹木結(jié)構的拓撲重構（１）、模擬斷枝（２）?［４８］??

變達到枝條斷裂的臨界值時，枝條發(fā)生斷裂。根據(jù)斷裂臨界值可以定義為：??Ｋｒｉｓｉｓ?＝＾ｆｋｎ〇ＭＲＤｌ裂模量，Ｄ表示枝條的胸徑，／表示枝條彈性的枝條的力學性能，可將樹木枝條簡化為懸臂梁，則矩計算公式：??ａｓ??，＾０／辦表示梁的彎曲曲率，／表示慣性力矩，其ｒ?ｔｔＺ）４??Ｉ?＝?６４??

??用的集中質(zhì)量的數(shù)目越多，分析結(jié)果的精度就越高，如圖２－２表示樹木的集中質(zhì)量離散化，??圖２－２－ａ為單自由度的集中質(zhì)量－彈簧系統(tǒng)，將樹木冠層視為一個整體（質(zhì)量為Ｍ），主干??視為彈性系數(shù)為ｋ的彈簧連接樹木冠層與地面，地面一端固定，圖２－２－ｂ為多自由度的集??中質(zhì)量－彈簧系統(tǒng)，主干與子枝采用不同大小的集中質(zhì)量表示，通過不同彈性系數(shù)的彈簧連??接在一塊。??（ａ）?（ｂ）??圖２－２集中質(zhì)量法的樹木動力模型：樹木的單自由度（ａ）、多自由度質(zhì)量－彈簧系統(tǒng)［％?（ｂ）??單自由度彈簧－質(zhì)量－阻尼結(jié)構模型的二階微分方程可表示為：??ｍｘ?＋?ｃｘ?＋?ｋｘ?—?ｆ（ｔ）?（２－１９）??ｃ、ｍ、ｋ分別表示結(jié)構的阻尼系數(shù)，質(zhì)量和剛度系數(shù)（彈性系數(shù)），又、又、ｘ分別為??結(jié)構的加速度、速度和位移，／（〇為時程變化的風振作用力。而對于多自由度彈簧－質(zhì)量－??阻尼結(jié)構模型，其微分方程如式（２－２０）：??［Ｍ］ｘ＋［Ｃ］ｘ?＋?［Ｋ］ｘ?＝?ｆ｛ｔ）?（２－２０）??［Ｍ］、［Ｃ］、［Ｋ］分別表示多自由度結(jié)構的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。??質(zhì)量均勻分布的廣義位移法是樹木動力學分析的另一種方法，它將樹木的主干視為質(zhì)??量均勻分布的梁單元或連續(xù)介質(zhì)

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于虛擬植物的幼齡杉木生長模擬[J]. 唐麗玉,林定,黃洪宇,鄒杰,陳崇成,杜云虎.  地球信息科學學報. 2012(05)
[3]強風作用下樹木運動的可視化模擬[J]. 李占利,劉運婷.  計算機輔助設計與圖形學學報. 2011(08)
[4]樹木在風中搖曳的流固耦合數(shù)值模擬方法探索[J]. 胡瀟毅,陶偉明,郭乙木.  計算力學學報. 2011(02)
[5]沿海地區(qū)森林風害研究綜述[J]. 孫洪剛,林雪峰,陳益泰,張曉磊.  熱帶亞熱帶植物學報. 2010(05)
[6]中國森林凋落量的影響因素[J]. 凌華,陳光水,陳志勤.  亞熱帶資源與環(huán)境學報. 2009(04)
[7]考慮耦合效應的風場中搖曳樹木模擬[J]. 胡瀟毅,陶偉明,郭乙木.  浙江大學學報(工學版). 2008(07)
[8]樹在風中擺動的計算機實時模擬方法研究(英文)[J]. 李占利,千葉則茂.  系統(tǒng)仿真學報. 2008(08)
[9]颶風和臺風對沿海地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響[J]. 仝川,楊玉盛.  生態(tài)學報. 2007(12)
[10]風場作用下的動態(tài)森林場景的實時仿真[J]. 宋成芳,談奇峰,張龍,龔懌,陳為,彭群生.  計算機輔助設計與圖形學學報. 2007(03)

碩士論文
[1]新疆楊減振控制技術的應用研究[D]. 黃顯學.北京林業(yè)大學 2012
[2]杉木枝系結(jié)構可視化模擬研究[D]. 陳康.中國林業(yè)科學研究院 2011
[3]新疆楊在風荷載作用下的應力應變分析[D]. 崔云靜.北京林業(yè)大學 2011
[4]新疆楊風致減振機理的基礎研究[D]. 湯昌海.北京林業(yè)大學 2010



本文編號：3121465