Моделирование критических локальных деформаций коры растущего дерева при ветровой нагрузке.С.100-113

УДК

630*2(075)

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-5-100-113

Аннотация

Взаимное влияние ветровой нагрузки и лесных насаждений достаточно хоро шо изучено. К настоящему времени в данной области накоплен и отражен в публикациях большой объем ценной научной и практической информации. Известны данные о повреж дении ветровой нагрузкой насаждений, ее воздействии на их прирост, а также о способности лесных насаждений снижать скорость и силу ветра. Тем не менее проблемы воздействия ве тра как на отдельные деревья, так и на лесные массивы не теряют актуальности. Анализ ли тературы и интернет-ресурсов показал, за рамками исследований остался вопрос о влиянии ветровой нагрузки на качество выращиваемой древесины. Для каждой местности многолет ние наблюдения и построенная на их основе роза ветров позволяют определить преоблада ющие силу и направление ветра. Зная особенности влияния ветровой нагрузки на качество лесоматериалов, получаемых после рубки насаждения, можно прогнозировать процент выхода деловой и низкокачественной древесины, а при плантационном выращивании леса целевым образом влиять на этот показатель, высаживая посадочный материал с учетом этих данных. Разработана методика для теоретической оценки вероятности появления критиче ских деформаций коры в сжатой зоне, которая образуется при изгибе растущего дерева под действием ветровой нагрузки. В качестве теоретической основы методики использованы классические исследования критического состояния сжатых стержней на упругом основа нии. Роль стержня выполняет участок коры растущего дерева, а роль упругого основания – камбий и другие живые клетки, находящиеся между корой и древесиной ствола. Для получения количественных оценок предложено соотношение, достаточно простое для практического применения. Адекватность результатов моделирования подтверждена их со гласованностью с опытными данными. Применение разработанной методики показано на примерах.
Благодарности: Авторы выражают глубокую признательность коллегам по научной шко ле «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесно го хозяйства» за ценные сведения и замечания, высказанные при подготовке данной работы

Сведения об авторах

Г.Н. Колесников¹, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: A-1553-2014,ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9694-0264
О.И. Григорьева², канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: AAC-9570-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5937-0813
И.В. Григорьев³*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: S-7085-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5574-1725
В.А. Макуев⁴, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAD-2903-2020,ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5905-8923
Т.Н. Стородубцева⁵, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: ACF-4424-2022, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4925-8542
В.В. Швецова⁶, канд. техн. наук; ResearcherID: AAC-3395-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8566-2326
¹Петрозаводский государственный университет, просп. Ленина, д. 33, г. Петрозаводск,Республика Карелия, Россия, 185910; kgn@petrsu.ru
²Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; grigoreva_o@list.ru
³Арктический государственный агротехнологический университет, 3-й км, д. 3, ш. Сер геляхское, г. Якутск, Россия, 677007; silver73@inbox.ru
⁴Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Мытищин ский филиал), ул. 1-я Институтская, д. 1, г. Мытищи, Московская обл., Россия, 141005; makuev@mgul.ac.ru
⁵Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394087; tamara-tns@yandex.ru
⁶Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 190005;vikt.schvetzova2012@yandex.ru

Ключевые слова

ветровая нагрузка на дерево, ветровая нагрузка на насаждение, вли яние ветровой нагрузки на качество древесины, деформации коры, целевое выращива ние леса, моделирование деформаций

Для цитирования

Колесников Г.Н., Григорьева О.И., Григорьев И.В., Макуев В.А., Стородубцева Т.Н., Швецова В.В. Моделирование критических локальных деформаций коры растущего дерева при ветровой нагрузке // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 5. С. 100–113. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-5-100-113

Литература

1. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1967. 984 с.Vol’mir A.S. Stability of Deformable Systems. Moscow, Nauka Publ., 1967. 984 p. (In Russ.).
2. Герц Э.Ф., Уразова А.Ф., Курдышева Е.В., Уразов П.Н. Эффективность защитных лесных полос вдоль железной дороги // Вестн. АГАТУ. 2021. № 1(1). С. 56–60. Gerts E.F., Urazova A.F., Kurdysheva E.V., Urazov P.N. Effectiveness of Protective Forest Strips along the Railway. Vestnik ASAU, 2021, no. 1(1), pp. 56–60. (In Russ.).
3. Глухих В.Н., Черных А.Г. Обоснование овальности формы сечений стволов деревьев при их росте с наклоном // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 5. С. 166–175.Glukhikh V.N., Chernykh A.G. Reasoning of Tree Cross Sections Oval Shaping while Growing with an Inclination. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2020, no. 5,pp. 166–175. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-5-166-175
4. Григорьева О.И., Григорьев И.В., Давтян А.Б., Иванов В.А., Гринько О.И., Швабова Н.В., Калита А.Ю. Влияние ветровой нагрузки на образование пороков в растущих деревьях // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 2(50). С. 63–69.Grigorjeva O.I., Grigorjev I.V., Davtyan A.B., Ivanov V.A., Grinko O.I., Shvabo va N.V., Kalita A.Yu. Influence of Wind Load on the Formation of Defects in Growing Trees. Systems. Methods. Technologies, 2021, no. 2(50), pp. 63–69. (In Russ.). https://doi. org/10.18324/2077-5415-2021-2-63-69
5. Куницкая О.А., Никитина Е.И. Экологические аспекты выборочных рубок леса // Эколого-экономические и технологические аспекты устойчивого развития Республики Беларусь и Российской Федерации: сб. ст. III Междунар. науч.-техн. конф.«Минские научные чтения-2020»: в 3 т. Минск: БГТУ, 2021. Т. 1. С. 286–291.Kunitskaya O.A., Nikitina E.I. Ecological Aspects of Shelterwood Cutting. Ecological, Economic and Technological Issues of Sustainable Development of the Republic of Belarus and the Russian Federation: Collection of Academic Papers of the III International Scientific and Technical Conference “Minsk Scientific Readings-2020”: In 3 Vol. Minsk, BelSTU Publ., 2021, vol. 1, pp. 286–291. (In Russ.).
6. Куницкая О.А., Швецова В.В., Тихонов Е.А. Современное деревянное судостроение в России // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2021. № 6. С. 3–12.Kunitskaya O.A., Shvetsova V.V., Tikhonov E.A. Modern Wooden Shipbuilding in Russia. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiya = Repair. Recovery. Modernization, 2021, no. 6, pp. 3–12. (In Russ.). https://doi.org/10.31044/1684-2561-2021-0-6-3-12
7. Куницкая О.А., Колесников Г.Н., Лукин А.Е., Григорьев И.В. Повышение эффективности групповой окорки длинномерных лесоматериалов. Петрозаводск: ПетрГУ, 2016. 107 с.Kunitskaya O.A., Kolesnikov G.N., Lukin A.E., Grigorev I.V. Improving the Effi ciency of Group Debarking of Long-Cut Timber. Petrozavodsk, PetrSU Publ., 2016. 107 p. (In Russ.).
8. Никитина Т.А., Шестаков Ю.Д., Лабудин Б.В., Куницкая О.А., Тихонов Е.А., Калита А.Ю. Прочностной ресурс древесины лиственницы Беломорского Севера при сжатии в главных и диагональных осях анизотропии // Деревообраб. пром-сть. 2020.№ 4. С. 21–31.Nikitina T.A., Shestakov Yu.D., Labudin B.V., Kunitskaya O.A., Tikhonov E.A., Kali ta A.Yu. Strength Resource of Larch Wood of the White Sea North under Compression in the Main and Diagonal Axes of Anisotropy. Derevoobrabativaushaya promishlennost’ = Wood working industry, 2020, no. 4, pp. 21–31. (In Russ.).
9. Тамби А.А., Юркова О.В., Куницкая О.А., Степанищева М.В. Исследование влияния физических свойств и строения древесины сосны на ее прочность // Системы. Методы. Технологии. 2017. № 4(36). С. 157–161.Tambi A.A., Yurkova O.V., Kunitskaya O.A., Stepanishcheva M.V. Research of the Influence of the Physical Properties and Structure of Pine Wood on Its Strength. Systems. Methods. Technologies, 2017, no. 4(36), pp. 157–161. (In Russ.). https://doi. org/10.18324/2077-5415-2017-4-157-161
10. Цывин М.М. Использование древесной коры. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 94 с. Tsyvin M.M. The Use of Tree Bark. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1973.94 p. (In Russ.).
11. Chahal A., Ciolkosz D. A Review of Wood-Bark Adhesion: Methods and Me chanics of Debarking for Woody Biomass. Wood and Fiber Science, 2019, vol. 51, no. 3,pp. 288–299. https://doi.org/10.22382/wfs-2019-027
12. Falťan V., Katina S., Minár J., Polčák N., Bánovský M., Maretta M., Zámečník S., Petrovič F. Evaluation of Abiotic Controls on Windthrow Disturbance Using a Generalized Additive Model: A Case Study of the Tatra National Park, Slovakia. Forests, 2020, vol. 11, iss. 12, art. 1259. https://doi.org/10.3390/f11121259
13. Gaffrey D., Kniemeyer O. The Elasto-Mechanical Behaviour of Douglas Fir, Its Sensitivity to Tree-Specific Properties, Wind and Snow Loads, and Implications for Stability – A Simulation Study. Journal of Forest Science, 2002, vol. 48, no. 2, pр. 49–69. https://doi. org/10.17221/11856-JFS
14. Kärhä K., Anttonen T., Poikela A., Palander T., Laurén A., Peltola H., Nuutinen Y. Evaluation of Salvage Logging Productivity and Costs in Windthrown Norway Spruce-Dom inated Forests. Forests, 2018, vol. 9, iss. 5, art. 280. https://doi.org/10.3390/f9050280
15. Krišāns O., Matisons R., Kitenberga M., Donis J., Rust S., Elferts D., Jansons Ā. Wind Resistance of Eastern Baltic Silver Birch (Betula pendula Roth.) Suggests Its Suit ability for Periodically Waterlogged Sites. Forests, 2021, vol. 12, iss. 1, art. 21. https://doi. org/10.3390/f12010021
16. Kunickaya O., Runova E., Chzhan S., Zhuk A., Markov O., Garus I., Nikiforova V., Ivanov V. Improving Impregnation Techniques for Fine Coniferous and Non-Coniferous Wood. Journal of Applied Engineering Science, 2020, vol. 18, no. 4, pp. 520–528. https://doi. org/10.5937/jaes0-27654
17. Kunickaya O., Tanyukevich V., Khmeleva D., Kulik A., Runova E., Savchenkova V., Voronova A., Lavrov M. Cultivation of the Targeted Forest Plantations. Journal of Envi ronmental Treatment Techniques, 2020, vol. 8, iss. 4, pp. 1385–1393. https://doi.org/10.47277/ JETT/8(4)1393
18. Kunickaya O.A., Shadrin A.A., Burmistrova O.N., Markov O.B., Gasparyan G.D., Davtyan A.B., Lapshina M.L., Sleptsova N.A., Ustinova V.V., Kruzhilin S.N. Wood Treat ment with Hydro Impact: A Theoretical and Experimental Study. Bulgarian Journal of Agri cultural Science, 2019, vol. 25, suppl. 2, pp. 158–166.
19. Kunickaya O.A., Shadrin A.A., Kremleva L.V., Mueller O.D., Ivanov V.A., Bederdinova O.I., Kruchinin I.N., Burgonutdinov A.M., Zakharova O.I., Struchkov N.A. Modeling of the Processes of the Modification of the Current Volume Warming by Drainage and Pressing. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 2019, vol. 25, suppl. 2, pp. 167–177.
20. Mayr S., Bertel C., Dämon B., Beikircher B. Static and Dynamic Bending Has Mi nor Effects on Xylem Hydraulics of Conifer Branches (Picea abies, Pinus sylvestris). Plant, Cell & Environment, 2014, vol. 37, iss. 9, рр. 2151–2157. https://doi.org/10.1111/pce.12307
21. Morkovina S.S., Kunickaya O., Dolmatova L., Markov O., Nguyen V.L., Baranova T., Shadrina S., Grin’ko O. Comparative Analysis of Economic Aspects of Growing Seedlings with Closed and Open Root Systems: The Experience of Russia. Asian Journal of Water, En vironment and Pollution, 2021, vol. 18, iss. 2, pp. 19–26.
22. Peltola H., Kellomäki S., Hassinen A., Granander M. Mechanical Stability of Scots Pine, Norway Spruce and Birch: An Analysis of Tree-Pulling Experiments in Finland. For est Ecology and Management, 2000, vol. 135, iss. 1-3, рр. 143–153. https://doi.org/10.1016/ S0378-1127(00)00306-6
23. Trockenbrodt M. Survey and Discussion of the Terminology Used in Bark Anatomy.IAWA Bulletin, 1990, vol. 11(2), рр. 141–166. https://doi.org/10.1163/22941932-90000511
24. Urquiza Muñoz J.D., Magnabosco Marra D., Negrón-Juarez R.I., Tello-Espinoza R., Alegría-Muñoz W., Pacheco-Gómez T., Rifai S.W., Chambers J.Q., Jenkins H.S., Bren ning A., Trumbore S.E. Recovery of Forest Structure Following Large-Scale Windthrows in the Northwestern Amazon. Forests, 2021, vol. 12, iss. 6, art. 667. https://doi.org/10.3390/ f12060667
25. Wenig C., Dunlop J.W.C., Hehemeyer-Cürten J., Reppe F.J., Horbelt N., Krau thausen K., Fratzl P., Eder M. Advanced Materials Design Based on Waste Wood and Bark. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2021, vol. 379, iss. 2206, art. 20200345. https://doi.org/10.1098/rsta.2020.0345