Nondestructive Characterization and Imaging of Wood pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Bucur, Voichita

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:

价格:$ 371.77

装帧:HRD

isbn号码:9783540438403

丛书系列:

图书标签:

木材
无损检测
无损表征
成像
材料科学
木材科学
结构分析
质量控制
木材物理
生物材料

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具体描述

The subject of nondestructive evaluation of wood properties has its origin in the necessity to solve practical problems. This book comprehensively reviews numerous aspects of imaging and nondestructive characterization of wood products ranging from trees to the most complex wood-based composite. The text is of particular interest to those who are concerned with the study of wood as an engineering material for fundamental research or practical application. It presents the imaging of the internal structure of wood with methods based on the propagation of electromagnetic waves, elastic waves and heat, and imaging with nuclear particle radiation based methods.

传统工艺的复兴与现代科技的融合：木材的非破坏性检测与成像技术新探图书概述：本书深入探讨了在木材科学、工程应用及文化遗产保护领域中，如何运用先进的非破坏性检测（NDT）与成像技术，实现对木材结构、成分、物理力学性能的精准评估与可视化。本书摒弃了传统破坏性取样测试的局限性，聚焦于发展一套全面、高效且对材料本体无损的监测和表征体系。内容覆盖了从微观结构分析到宏观缺陷识别的多个尺度，旨在为材料科学家、木材工程师、文物修复专家以及质量控制人员提供一套系统的理论基础与实用的技术指南。第一部分：木材特性与无损检测的理论基础第一章：木材的复杂性：结构、各向异性与劣化机制本章首先构建了木材作为一种自然复合材料的理论框架。详细解析了木质素、纤维素和半纤维素的分子排列及其对宏观力学性能的影响。重点阐述了木材的显著各向异性（轴向、径向和弦向）如何影响声学、电学和热学信号的传播特性。随后的内容转向木材的退化与缺陷。我们系统梳理了生物性侵蚀（真菌、昆虫）、环境因素（湿度变化、紫外线辐射）导致的降解路径，并探讨了这些微观变化在宏观尺度上如何表现为密度的不均匀性、孔隙率的增加或纤维的断裂。这是理解后续检测信号差异性的先决条件。第二章：电磁波与声波在木材中的传播物理学本章是无损检测方法的理论基石。我们详尽分析了超声波（Ultrasound）、微波（Microwave）和红外热成像（Infrared Thermography, IRT）在多孔、湿润且各向异性的木材介质中的传播机制。对于超声波，详细讨论了P波和S波在不同密度区域的衰减和速度变化，引入了基于波传播理论的材料弹性常数反演模型。在电磁波方面，探讨了微波和射频（RF）信号在木材内部水分和树脂分布梯度下的介电常数变化，这对于评估木材含水率和化学改性效果至关重要。红外热成像部分，则聚焦于傅里叶热传导模型在非均匀加热条件下的应用，解释了如何通过热扩散率的差异来识别内部的空洞或分层。第二部分：关键的非破坏性检测技术详解第三章：声学无损检测与振动分析技术本章专注于利用机械振动和声波来评估木材的动态性能。除了基础的超声波脉冲回波法外，本书重点介绍了动态力学分析（DMA）在监测木材粘弹性转变温度和水分关联行为中的应用。更深入地，我们探讨了自由衰减振动法（Free Decay Testing）和共振频率法（Resonant Frequency Method）。这些技术允许我们精确测定木材的动弹性模量（$E_d$）和阻尼比，这些参数是预测木材长期使用性能的关键指标，尤其适用于评估结构木材的强度等级。我们提供了从实验装置搭建到数据后处理的详细操作流程。第四章：电学与介电谱在木材水分与成分分析中的应用木材的导电性和介电性质与水分子含量及离子浓度高度相关。本章详述了阻抗谱分析（Impedance Spectroscopy）如何用于精细区分束缚水、自由水和吸附水。我们介绍了低频至高频范围内的介电弛豫现象，并展示了如何通过建立基于岩石物理学原理的混合模型（如德拜模型修正），来反演木材内部的电导率和介电常数，从而实现对木材内部化学浸渍处理（如防腐剂渗透深度）的无损监测。第五章：高分辨率成像技术：X射线计算机断层扫描与核磁共振成像为了实现木材内部结构的三维可视化，本章详细介绍了两种高级成像方法。 X射线计算机断层扫描（X-ray CT）部分，我们侧重于如何利用不同密度的衰减系数差异来清晰勾勒出年轮、木射线、髓线乃至微小虫蛀通道的三维图像。重点讨论了如何通过图像处理算法（如阈值分割和形态学分析）来量化孔隙度分布和密度梯度图。核磁共振成像（MRI）章节则聚焦于氢原子核在特定磁场中的行为。MRI能够提供关于木材内部水分、树脂和挥发性有机物分布的化学特异性信息，这在评估木材干燥过程中的水分迁移和内部应力分布方面具有不可替代的优势。第六章：热成像与光学技术在表面评估中的应用本章关注对木材表面和近表层缺陷的快速识别。主动式红外热成像（Active IRT）部分，我们详细分析了热激励方法（如脉冲激励或周期性加热）的选择，以及如何利用热图像随时间的变化来计算木材的热扩散率，从而识别结构空隙或结合不良的区域。此外，我们还介绍了激光扫描（Laser Scanning）技术，用于高精度获取木材的表面形貌、纹理信息和三维形变数据。拉曼光谱（Raman Spectroscopy）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）作为辅助工具，被用于对木材表面或微小损伤区域的化学成分变化（如氧化程度或污染物识别）进行定性分析。第三部分：应用案例与未来展望第七章：结构工程与质量控制中的应用本章将理论技术应用于实际的结构木材评估。我们展示了如何结合超声波测速和共振法，为大跨度木结构（如胶合木梁、木拱桥）进行无损健康监测和载荷前评估。内容涵盖了现场快速测试规程，以及如何根据NDT数据推导经验性的强度预测模型，以满足工程规范要求。第八章：文化遗产保护与修复中的无损评估对于古建筑、木质文物（如雕塑、乐器）的保护，无损检测至关重要。本章探讨了如何使用微型振动传感器和高精度X射线成像来评估内部腐朽程度和虫蛀危害，同时确保不对珍贵材料造成任何损伤。重点讨论了在不移动文物的情况下，如何利用热成像和电学方法来监测修复材料（如填充剂、稳定剂）与原生木材之间的界面兼容性。第九章：集成化与智能化：未来趋势本书的最后部分展望了木材无损检测技术的发展前沿。讨论了传感器网络的部署、机器学习（ML）和深度学习（DL）算法在海量NDT数据处理中的潜力，特别是用于缺陷的自动识别和分类。我们预测了多模态数据融合（如将X射线密度图与声速图叠加分析）将成为未来木材评估的标准范式，以实现对木材性能的更全面、更可靠的预测。