出水木质文物的水分亲和性远高于现代健康木材,极易因湿度变化而产生不均匀的含水率场和湿度-应力场,使其强度衰减甚至发生失效。因此,检测出水木质文物的含水率场并进行强度评估,对于其长期保存和修复具有重要指导意义。然而,现有的木材含水率检测方法受到环境、尺寸、成本等因素的限制,无法适用于出水木质文物。为此,本文以杉木为研究对象,提出了基于数字图像相关法(DIC)和木材纹理的表面变形检测技术,并结合杉木湿度-应力场本构模型,建立了基于DIC的杉木含水率场检测方法和强度衰减模型,研发了出水木质文物含水率场检测系统,旨在为出水木质文物的结构健康监测提供技术支撑。本文主要取得了以下成果:1.提出了基于DIC方法和木材纹理特征的用来检测出水木质文物表面变形的方法,分析确定了含水率场的检测方案。研究了木材纹理的灰度特征和规律,利用DIC的误差分析理论,提出了基于平均灰度方向导数(MID)的散斑质量评价方法,并通过亚像素平移数值试验和含孔木梁的四点弯曲试验,分析了木材纹理的位移场和应变场测试精度,得到其测试结果相对误差小于5%。结论表明木材纹理的散斑质量能够有效检测出水木质文物的表面变形。2.在湿度-荷载作用下杉木湿度变形的基础上,探讨了水分扩散和粘弹性蠕变对杉木含水率场和湿度-应力场的影响,建立了杉木的正交各向异性湿度-应力场本构模型。通过水分扩散、压缩试验和蠕变试验得到了本构模型的关键参数,并进行了湿度作用下杉木湿应变的有限元模拟,对比模拟结果与机械吸附蠕变试验结果一致。研究表明,建立的本构模型能够实现含水率场和湿度-应力场的分析和检测。3.通过分析湿度作用下杉木通量表面湿应变的变化规律,提出了一种基于DIC的杉木含水率场检测方法(MC-DIC方法)。利用杉木湿度-应力场本构模型,分别建立了杉木的二维和三维含水率场检测模型,采用迭代法计算通量表面内部的含水率分布规律,并进行了数值分析。通过MC-DIC方法检测试验得到了杉木在吸湿过程中的含水率场,结果表明,当平均含水率的变化量不超过1%时,检测结果的绝对偏差小于0.5%,且与数值模拟结果的决定系数在0.95以上。研究表明MC-DIC方法是一种有效的计算出水木质文物含水率场的非接触式无损检测方法。4.利用人工老化试验探讨了含水率场梯度变化对杉木湿度-应力场和强度的影响。基于Gerhards累积损伤模型得到了相对湿度变化条件下杉木的损伤量计算公式,建立了杉木构件的强度衰减模型。采用Comsol Multiphysics软件模拟得到了湿度作用下杉木板模型的损伤量分布,并根据最大径向损伤量得到了模型的径向强度衰减规律,建立了出水木质文物的强度衰减模型和评估方法。5.研发了一套基于MC-DIC方法的出水木质文物含水率场检测系统,并基于Matlab开发了检测软件平台。该检测系统能够实时检测出水木质文物表面的全场变形,并实现关键测点的含水率场检测及其强度评估。通过该含水率场检测系统,本文对泉州湾宋代海船的船木构件进行了检测,结果表明船木构件的平均含水率变化范围为9.73%～7.47%,预测600年内径向强度衰减速度约为1%/100年。对比船木试件和人工老化试验结果验证了检测结果的合理性,为后期出水木质文物的保存和修复提供了技术和数据支撑。