风倒是林隙的主要成因,是森林生态的一个扰动因子。对于林木生产,它又是一种常见自然灾害。因而,研究风倒机理具有重要意义。目前,我国在此领域的研究还处于起步阶段。本项研究将力学原理与生物体的生物性能结合起来,揭示风倒的力学机理并提出风倒研究的分析原理与方法。本文主要进行的是风倒动力学问题的研究。本文以云杉为研究对象。基于一些理想化的假设,得到了简化的云杉动力学模型,把云杉简化成了一端固定,一端与质点连接的变截面弹性杆。首先基于有限元法理论,用Ansys有限元法建模分析,采用solid45单元计算在不同情况下模型的各阶固有频率和模态分布。取各种情况下前50阶固有频率,从中选出10阶有效横向振动固有频率,列表分析,得到横截面变化参数和树冠质量变化对模型系统自由振动固有频率及模态的影响。然后,基于经典梁的振动理论,给出模型横向振动的微分方程以及模型边界条件组成的一个定解方程,通过推导演算得到当直径呈抛物线型变化时云杉模型各阶固有频率和对应振型函数的解法。求出系统的前三阶自由振动固有频率。然后对比有限元法得到的结果,校正有限元法分析动力学问题的正确性。通过以上结论可知,通过有限元法分析动力学问题是可靠,快捷的。最后分析了在风载荷作用下系统振动响应。基于前面得到的模型自由振动微分方程,分析以前二阶自由振动为主要振动构成部分的系统,加入风载的激励,得到了在风载荷作用下系统的受迫振动响应,结果证明在外界作用载荷频率接近系统前二阶固有频率时系统响应振幅最大,这个时候系统处于共振状态,较小的风载也可能导致云杉风倒。此处由于风载荷难以达到树木高阶振动的频率,因此不考虑树木在风载作用下的高阶振动。本文基于经典梁振动理论和Ansys有限元法对云杉风倒动力学问题进行研究,得到了云杉模型的固有频率和各阶模态,分析了影响云杉模型固有频率的几个因子。本文研究成果适用于对树木风倒的防范,具有很强的实际应用价值。