出水木质文物,由于其孔隙率高于现代木材,具有更强的吸湿性,因此极易受到环境相对湿度波动的影响,造成含水率分布不均,进而导致应力集中,使文物本体发生断裂、扭曲等多种形式的损伤劣化,不利于出水木质文物的长期保存。为了能够掌握出水木质文物损伤劣化机理及相关演化特征,从而为具有针对性保护方案的制定提供依据,建立一套能够准确、实时在线监测出水木质文物结构稳定性系统是必要的,而且是紧迫的。因此,本文针对现存的泉州湾宋代海船的保护问题,开展出水木质文物结构稳定性的研究,并初步开发监测系统。本文以泉州湾宋代海船船体的主要用材—杉木作为研究对象,从杉木损伤演化规律的试验研究为出发点,建立了杉木损伤演化方程,提出了裂纹失稳扩展的预测方法,并利用声发射技术(AET)研发了出水木质文物结构稳定性在线监测系统,旨在为出水木质文物的结构健康监测提供理论依据和装置基础。本文的主要内容如下:1、提出了EEMD-相关分析-Fast ICA融合方法。采用声发射技术对泉州湾宋代海船进行原位监测时,针对监测环境、用电设备,以及其他盲源信号的干扰导致声发射信号发生混叠失真的问题,本文通过多种信号处理手段相融合的方法,对宋船船木损伤信号进行分离处理,结果表明:该方法能够有效将损伤信号从杉木声发射信号中分离。2、提出了杉木损伤源声发射信号强度估计方法。为了能够获得损伤源信号强度的真实值,进行了声发射信号在木材中的衰减特性试验研究,分别讨论了声发射信号在不同频率、不同距离和不同纹理角度因素下的衰减特性,通过回归分析,建立了杉木损伤源声发射信号强度估计方法。3、提取了表征木材损伤演化规律的声发射特征参量。采用声发射参数分析法试验研究了不同状态(高含水率、含盐、气干)下无疵和含缺陷杉木在动态载荷作用下的损伤演变过程。结果表明:(1)振铃计数可作为表征杉木损伤演化规律的声发射特征参量,声发射累计振铃计数的变化可以表征杉木在各弹塑性阶段的损伤状态。(2)杉木纤维断裂明显引起声发射幅度变化,而且具有离散性和阶跃性。幅度的变化可以预测木材的失稳状态。。4、建立了杉木细-宏观损伤演化方程。为了能够对木材在动态载荷下的损伤演化情况进行实时跟踪,探究了AE特征参量与木材损伤变量之间的关系,将杉木等效为由多个具有相同属性的六边形管状结构(RVE)组成,并基于概率思想,提出了均质化-统计分布的木材建模方法。在此基础上,建立了以累积振铃计数作为特征参量的杉木细-宏观损伤演化方程。为泉州湾宋代海船损伤演变规律的提供了理论依据。5、提出了杉木裂纹扩展失稳预测方法。以幅度作为声发射特征参量,基于Griffith能量准则及声发射方法,获得了含裂纹体木材的稳定性状态信息。试验验证了声发射参数-幅度可作为材料失稳破坏的特征参量,实现了利用声发射特征参量对含裂纹体裂纹状态的评估。6、研发了基于声发射技术的出水木质文物稳定性在线监测系统。初步开发了出水木质文物稳定性全场或关键部位的硬件系统,基于Lab VIEW平台开发了软件系统。根据文物保护最小干预原则,试验确定了适用于出水木质文物的声发射传感器耦合剂,研制了具有隔音功能的固定装置。利用该监测系统对泉州湾宋代海船进行了全年监测,该系统运行稳定。研究表明,累积振铃计数能够表征宋船船木的损伤演化特征,为泉州湾宋代海船环境湿度控制提供了依据。