风载荷作用下树木干折规律研究

摘要

为更好地保护树木树干健康，降低其干折风险，该文探究树木在不同风载荷作用下的干折规律。利用树木自相似和自仿射的特点，基于参数化建模思路，构建多样化结构形态的树木地上部分几何模型。在风载荷作用下，运用流固耦合原理和有限元理论对3种东北典型树种（白杨Populus tomentosa Carrière、榆树Ulmus pumila L.和云杉Picea koraiensis Nakai）进行干折模拟。结果表明：树木的抗干折能力受结构形态、胸径和树种的影响；对于同一树种，与树木结构形态相比胸径对树木抗干折能力的影响较显著，树木胸径越大，抗干折能力越强；不同树种的抗干折能力具有显著差异；当风速达到15 m/s时，胸径小于18 cm的白杨易发生干折倒伏；风速增至20 m/s时，胸径小于15 cm的榆树具有一定的干折风险。通过拉伸试验获得的形变及倾斜度数据表明，当施加压力在0～0.6 kN范围内，白杨形变值为17.65～32.47μm，倾斜度为0.046°～0.101°；榆树形变值为8.67～22.34μm，倾斜度为0.008°～0.04°；云杉形变值为0.93～2.46μm，倾斜度为0.031°～0.061°，拉伸试验数据验证了数值模拟结果。

关键词

树木健康 / 树木模型 / 干折 / 风载荷 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金项目（31870537）; 黑龙江省自然科学基金联合引导项目（LH2024C054）; 中央高校基本科研项目（2572022BL03）