年轮宽度分布特征预测欧洲橡木梁弯曲性能的关键解剖性状研究

《Canadian Journal of Forest Research》：Ring width distribution as a valuable anatomical trait for predicting bending strength and rigidity in European oak wood beams

本研究针对年轮宽度变异性影响木材力学性能的问题，通过分析欧洲橡木(Quercus robur L.)梁材的年轮分布统计特征，系统探究了其与弹性模量(MOE)和破坏模量(MOR)的关联性。研究发现标准差、方差、四分位距等分布参数与MOE显著相关，最大年轮宽度与MOE呈负相关(r=-0.54)，为改进木材视觉强度分级标准提供了重要依据。

　　

在木结构建筑日益受到青睐的今天，木材的力学性能直接关系到建筑安全和使用寿命。欧洲橡木(Quercus robur L.)作为优质结构材，其强度性能存在较大变异性，传统视觉分级标准难以准确预测其实际力学性能。年轮作为树木生长的重要记录，其宽度分布特征被认为是影响木材力学性质的关键解剖性状，但具体哪些统计参数最能有效预测力学性能尚不明确。

为解决这一问题，Guillermo Riesco Mu?oz及其团队在《Canadian Journal of Forest Research》上发表了研究成果，系统探讨了年轮宽度分布的不同统计参数与欧洲橡木梁材弹性模量(MOE)和破坏模量(MOR)的关联性，为改进木材强度预测模型提供了科学依据。

研究采用的关键技术方法包括：从西班牙西北部采伐21棵欧洲橡木，加工成50 mm × 100 mm × 2000 mm梁材；按照UNE 56544:2022标准进行视觉分级；依据EN 408:2010标准测定MOE、MOR、含水率和密度；测量每根梁材的年轮宽度分布特征。

年轮宽度分布参数与MOE的相关性

研究发现，弹性模量(MOE)与年轮宽度分布的标准差、方差和四分位距均呈显著相关。平均年轮宽度与MOE存在负相关关系(r = -0.52, p < 0.01)，而每根梁材中的最大年轮宽度与MOE的负相关性更为显著(r = -0.54, p < 0.01)。这表明年轮宽度分布的离散程度越大，木材的弹性模量越低。

年轮宽度分布参数与MOR的关联

破坏模量(MOR)同样与年轮宽度分布参数相关，但相关系数r值相对较低。尽管相关性不如MOE明显，但这一发现仍表明年轮分布特征对木材的最终破坏强度具有一定预测价值。

最大年轮宽度的实用价值

研究特别指出，最大年轮宽度作为一个易于测量的变量，与MOE呈现显著的负相关性。这一发现具有重要的实践意义，因为在木材分级现场应用中，简单易测的参数更易于推广使用。

研究结论表明，年轮宽度均匀性和最大年轮宽度是影响欧洲橡木力学性能的重要因子。通过将这些年轮分布参数纳入现有视觉强度分级标准，可以显著提高对木材弯曲强度和刚度的预测准确性。这一发现不仅对木材科学领域具有理论价值，更为木结构建筑行业提供了实用的质量控制工具，有助于提升建筑安全性和木材利用效率。

该研究创新性地将统计学分布概念应用于木材解剖性状分析，建立了年轮宽度分布特征与力学性能之间的定量关系，为开发更加精确的木材强度预测模型奠定了坚实基础。未来研究可进一步探讨不同树种、不同生长环境下年轮分布特征的普适性规律，推动木材分级标准的科学化发展。