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本文以落叶松、杨木树种为研究对象,选取的木材试件含有较多的节子、裂缝等天然缺陷,首先采用FFT快速傅里叶分析仪对木材进行模态分析,测出木材的固有频率、振动模态,并进一步计算弹性模量和模态振型,分析含缺陷木材与无缺陷木材的固有频率、弹性模量和剪切模量的差异。运用MATLAB对试件振型曲线进行正弦拟合,以判定系数R2、误差平方和SSE和均方差RMSE表征曲线的拟合度,R2越大、SSE和RMSE越小,则拟合度越高；以拟合曲线与模态振型图所夹面积S作为表征曲线平滑度的参数,S越大,则试件模态振型曲线平滑度越差。之后将每一根木材都加工成4个小试件,再进行试验模态分析,研究缺陷面积和密度变异的关系。然后采用计算机有限元软件ANSYS进行计算模态分析,反复选择不同的单元、网格划分和计算方式进行模拟,得到最优的计算模态分析的模拟方法,最后与试验模态分析的结果进行比较,验证实验结果。两种模态分析得到实验结论如下：(1)缺陷会改变木材的物理性质,木材的固有频率和弹性模量会随着缺陷的增加而减小。运用MATLAB对试件振型曲线进行正弦拟合发现,R2均大于0.9429。试件的振型从一阶到六阶,SEE、RMSE和S均随着阶次的增大而增大,说明振型曲线的阶次越高,其拟合度越差且平滑度越差。对于从同一块板材加工而成的试件,有缺陷试件的振型变异度大于无缺陷试件。以曲线平滑度S的取值可以判断试件自然缺陷的面积是否大于5cm2。当前六阶振型的平滑度S平均值大于1时,说明该试件自然缺陷的面积大于5cm2。(2)节子对木材一、二、三阶的模态振型影响体现在峰值处,木材的四、五、六阶模态振型在节子处会出现振型曲线的突变,该突变表现为改变曲线的单调性而非平滑度。而开裂木材的一阶模态振型体现为不对称,第一个敲击点和最后一个敲击点的位移差值大于0.4,且敲击裂缝部位所得的频率虚部图在固有频率处会出现双峰值。说明可以通过木材的固有频率、弹性模量、模态振型、虚部图对节子、裂缝进行定量、定位检测。(3)应用ANSYS进行计算模态分析时,泊松比的设定对模态分析的结果无影响。木材单元设定为solid 186,采用六面体进行网格划分。通过模拟结果发现计算模态分析所得固有频率fj均对应大于试验模态分析所得固有频率fs。以fj为横坐标,以石为纵坐标进行二项式拟合,可以通过相关方程对计算模态分析的固有频率进行修正。ANSYS模态振型变化与FFT所得振型变化规律一致,验证了模态分析定位检测木材自然缺陷的准确性。