云杉風(fēng)倒靜力學(xué)模型的建立及其分析.pdf

1、風(fēng)倒是林隙的主要成因，是森林生態(tài)的一個擾動因子。對于林木生產(chǎn)，它又是一種常見自然災(zāi)害。因而，研究風(fēng)倒機(jī)理具有重要意義。目前，我國在此領(lǐng)域的研究尚屬空白。風(fēng)倒是森林中常見的現(xiàn)象，主要包括干折和根倒兩種情況。主要受林木的生物力學(xué)特性、土壤支持力和風(fēng)的擾動三個因素的影響。其中，林木的生物力學(xué)特性與林木年齡、樹干強(qiáng)度、干型、樹冠的形狀和大小以及樹木健康狀況等因素有關(guān)，土壤支持力受土壤的剪切強(qiáng)度、含水率、樹木根系深度、寬度和重量等因素影響，兩者共

2、同決定了樹木的總抗風(fēng)性。風(fēng)的擾動主要受風(fēng)速、風(fēng)壓、頻率、不同林分密度和復(fù)雜地形下的風(fēng)場分布的影響。
　　本課題將力學(xué)原理與生物體的生物性能結(jié)合起來，揭示東北云杉風(fēng)倒的力學(xué)機(jī)理。主要研究東北地區(qū)魚鱗云杉的風(fēng)倒靜力學(xué)特性，擬采用非線性假設(shè)，建立云杉樹的靜力學(xué)模型；把樹干作為變截面體來處理，模擬自然風(fēng)對樹干造成的彎曲變形，最終揭示風(fēng)倒現(xiàn)象發(fā)生時的力學(xué)機(jī)理。
　　本課題主要研究內(nèi)容包括：1.通過觀測考察東北云杉樹種的幾何形態(tài)，研究其

3、形態(tài)參數(shù)和形態(tài)表征方法，建立形態(tài)表征的力學(xué)模型。2.通過現(xiàn)場試驗和實驗室試驗，得到了云杉樹有關(guān)結(jié)構(gòu)剛度與彈性模量等生物力學(xué)性能參數(shù)。3.樹木根系在土壤中的錨固強(qiáng)度、對樹木地上部分支持力和產(chǎn)生的最大阻力彎矩的試驗觀測與分析。4.云杉樹風(fēng)倒非線性力學(xué)模型的建立及其分析。樹木在外力作用下發(fā)生變形時，求得樹干內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度的大小及其分布。首先基于直法線假設(shè)，考慮云杉樹軸線的伸縮變形，建立了變截面彈性桿在外載荷作用下靜態(tài)大變形的非線性