在全球碳中和目标推动下，可持续木结构建筑日益受到重视，但中国结构木材市场仍严重依赖进口。国内广泛种植的速生杉木虽具有生长快、产量高的优势，却因缺乏可靠的分级体系而未能充分应用于高附加值工程木产品，其材料性能的高变异性是主要瓶颈。因此，开发一套基于非破坏性测试的、科学有效的力学分级方法，对于提升国产杉木的结构利用率、降低对进口木材的依赖具有紧迫的现实意义。南京林业大学阙泽利木结构工作室成员孔繁旭博士为骨干的团队以『A dynamic approach to grading fast-grown Chinese fir: Correlating resonance frequency-derived modulus with mechanical properties』为题，开展了系统研究，相关成果近期发表于《Construction and Building Materials》（中科院1区，TOP期刊）期刊（https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.144798）。
为达成上述目标，本研究设计了一套系统的方法。研究选取了162个不同尺寸的杉木层板试件，首先采用共振频率法无损测量其纵向与横向动态弹性模量，并测定密度与含水率。随后，严格依照日本JAS 1152标准进行三点弯曲和四点弯曲试验，以获取静态弯曲弹性模量和弯曲强度。在数据分析阶段，研究运用了柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫检验和赤池信息准则比较了正态、对数正态和威布尔分布的拟合优度，并建立了动态模量与静态力学性能之间的回归模型。此外，通过蒙特卡洛模拟定量分析了试件尺寸对共振频率的影响，并最终依据欧洲标准EN 14081-2推荐的预测限方法，推导出对应于JAS 1152强度等级的动态模量分级阈值。
本研究得出了若干重要结论。首先，杉木的密度、动态模量及静态力学性质更符合对数正态分布。其次，蒙特卡洛模拟能可靠预测不同尺寸试件的共振频率，纵向和横向频率预测的最大平均绝对误差分别仅为2.31%和4.52%。基于建立的回归模型，研究成功将试件划分为包括拒收等级在内的六个强度等级，其中L40级包含样本最多（占47.5%）。除L60级的弯曲模量5分位值略低于标准下限外，各等级均能满足标准对弯曲模量和强度的要求。一个关键发现是，杉木的弯曲强度普遍存在富余现象，例如L60级试件的强度性能已接近标准中更高的L160级要求，这表明在制定分级阈值时，可能无需单独进行弯曲强度测试，仅依据弯曲模量即可有效控制。
本研究的理论与实践意义显著。在技术层面，它首次为速生杉木构建了一个基于共振频率法、并与国际标准接轨的完整力学分级框架，为杉木在胶合木等工程木产品中的高价值应用提供了科学依据。在产业层面，该成果有助于推动国产速生材的结构化利用，增强中国木结构产业的材料自主性与供应链安全性。此外，研究所采用的分析方法和模型为其他速生树种的力学分级研究提供了可借鉴的范式，并为未来中国相关国家标准的制定或修订提供了重要的数据支撑和方法参考。
Fanxu Kong, Jingkang Lin, Yihe Ni, Jiangbo Du, Baolei Jin, Chenyang Jin, Shuke Jia, Zeli Que, Jianzhang Li, A dynamic approach to grading fast-grown Chinese fir: Correlating resonance frequency-derived modulus with mechanical properties, Construction and Building Materials, Volume 505，2025，144798,https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.144798.
