风倒是森林中常见的现象,主要包括干折和根倒两种情况.主要受林木的生物力学特性、土壤支持力和风的扰动三个因素的影响.其中,林木的生物力学特性与立木年龄、树干强度、干型、树冠的形状和大小以及树木健康状况等因素有关,土壤支持力受土壤的剪切强度、含水率、树木根系深度、宽度和重量等因素影响,两者共同决定了树木的总抗风性.风的扰动主要受风速、风压、频率、不同林分密度和复杂地形下的风场分布的影响.该课题将力学原理和林木生物学、生态学特性结合,主要研究东北地区鱼鳞云杉的风倒静力学特性,拟采用线性和非线性假设,建立树冠、树干的三维弹性介质模型;把树干作为变截面体来处理,模拟自然风对树干造成的弯曲变形,最终揭示风倒现象发生时的力学机理.树木在外力作用下发生小变形时,求得树干内部产生的应力、应变、挠度的大小及其分布.预测树木断裂时有可能发生的位置是在最大应力点处或其附近.并用ANSYS软件来对小变形情况进行分析.此外,基于直法线假设,采用轴线可伸缩杆的几何非线性理论,建立了变截面弹性杆在外载荷作用下的静态大变形的数学模型.在风作用力大,且树高与直径比相对较大时,弹性杆弯曲应属于大变形平面弯曲问题,列出其相对应的几何方程、物理方程、平衡方程,其中包含了轴线弧长、轴线位移、横截面转角、横向位移、纵向位移、应力、力矩等未知变量,并对其进行数值求解.得出相应的函数关系和特殊点的值.