原木内部的缺陷将严重威胁着原木的完整性以及有效使用性,因此对原木的缺陷进行快速有效地检测具有十分重要的意义。目前,应力波检测法是一种比较常用的木材无损检测方法,它的基本原理是通过测量木材内应力波传播速度的变化来判断木材的健康状况。但是,木材内应力波的速度方程属于高阶微分方程,无法轻易用数学解析法来求解。有限元法是一种求解微分方程与偏微分方程的数值分析方法,它能灵活处理和求解各种复杂数学问题。因此,可以建立有限元模型来求解原木内应力波信号的特征频率,进而从频域的角度出发来对木材进行缺陷检测。本文以原材内应力波振动信号作为研究对象,根据波动学原理,重点探讨了应力波沿原木径向或弦向传播时的传递方程。在此基础上,以樟子松为建模原型,在ANSYS软件中采用自顶向下的建模方式分别建立了健康樟子松试件与空洞樟子松试件横切面有限元模型。根据原木的正交各向异性,首先需要设置模型的单元类型与材料属性;然后采用自动分网的方式对所建模型进行网格划分;最后选取modal分析类型对模型进行模态分析。从结果后处理模块中,可以得到健康樟子松有限元模型和空洞樟子松有限元模型前5阶固有频率和模态振型。为了验证所建模型的正确性,搭建了实验平台并采集了健康樟子松试件与空洞樟子松试件横切面应力波信号。用应力波处理技术对所采集信号进行分析时,重点研究了小波阈值去噪参数的选择(小波基的选择、最大分解层数的选择以及阈值的选择)。通过Matlab仿真结果,可以直观地比较不同参数对去噪效果的影响,并选取一种最优组合来对应力波信号做去噪处理。然后采用快速傅里叶变换(FFT)对去噪后的应力波信号进行了频谱分析,得到了健康樟子松试件与空洞樟子松试件应力波信号前五阶固有频率。对比分析健康木材试件与空洞木材试件前五阶频率可知,当木材出现缺陷时,对应的固有频率会出现下降的趋势,这为从频域的角度分析木材缺陷提供了依据。对比分析实验所得数据和仿真所得数据,它们的相对误差在10%范围内,具有高度的吻合性,从而验证了所建立樟子松试件有限元模型的正确性,这为利用有限元模型进行木材缺陷检测提供了依据。