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落叶松年轮内细胞生长模型的建立与仿真研究

张海波  
【摘要】:随着我国对木材需求量的不断扩大和木材科学与技术水平的不断提高,人们对木材的研究越来越广泛,对木材细胞的数字化描述也已经成为木材研究的热点之一。木材是典型的各向异性、天然孔型材料,它是由无数不同形状、不同大小、不同排列方式的细胞组成的,因而细胞是构成树木的基本单元。由于树木生长不均匀,使各种树木的木材构造具有多样性,因此,不同细胞体、细胞密度和细胞形状以及木材材性、物理力学性能均不一样。木材细胞的变化影响着木材材质和材性等各方面木材性质的变化,由此看来对木材细胞的分析研究就变得尤为重要。细胞的胞壁厚度、细胞面积是细胞生理结构的两个重要参数。木材细胞的胞壁厚度决定了木材力学性质的变化,诸如弹性模量、抗弯强度、抗拉强度等,对胞壁厚度的研究已经成为木材细胞研究的焦点问题之一。细胞面积是研究细胞生长情况的重要指标,面积的变化代表着细胞生长情况的变化,它是细胞生长的最直观表达。若对木材细胞生长规律进行研究,最直接的参数便是细胞面积。因为落叶松是一种早晚材分界很明显的树材,所以对落叶松的研究具有很强的典型性。因此,本文对落叶松的细胞面积、胞壁厚度进行具体的研究。 本文在MATLAB环境下,基于最小二乘原理对落叶松细胞胞壁厚度和细胞面积进行了曲线拟合、用MATLAB细胞自动机对落叶松细胞生长进行了动态仿真,为进一步深入分析和研究木材细胞,实现生长建模及仿真提供了有效的理论方法和途径,为实现林木定向培育和速生优质,制定科学育种经营措施以及材质的早期预测提供了有力的基础理论条件和依据。本文得到了落叶松年轮内细胞生长模型及细胞自动机仿真结果,验证了模型的有效性。


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