Prediction of timber bending strength and in-member cross-sectional stiffness variation on the basis of local wood fibre orientation
Prediction of timber bending strength and in-member cross-sectional stiffness variation on the basis of local wood fibre orientation
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基于局部木纤维取向的木材弯曲强度和构件内截面刚度变化的预测
DOI：
10.1007/s00107-013-0684-5
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发表时间：
2013
影响因子：
2.6
通讯作者：
B. Enquist
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Olsson;J. Oscarsson;E. Serrano;B. Källsner;M. Johansson;B. Enquist
Machine strength grading of structural timber is based upon relationships between so called indicating properties (IPs) and bending strength. However, such relationships applied on the market today are rather poor. In this paper, new IPs and a new grading method resulting in more precise strength predictions are presented. The local fibre orientation on face and edge surfaces of wooden boards was identified using high resolution laser scanning. In combination with knowledge regarding basic wood material properties for each investigated board, the grain angle information enabled a calculation of the variation of the local MOE in the longitudinal direction of the boards. By integration over cross-sections along the board, an edgewise bending stiffness profile and a longitudinal stiffness profile, respectively, were calculated. A new IP was defined as the lowest bending stiffness determined along the board. For a sample of 105 boards of Norway spruce of dimension 45 × 145 × 3,600 mm³, a coefficient of determination as high as 0.68–0.71 was achieved between this new IP and bending strength. For the same sample, the coefficient of determination between global MOE, based on the first longitudinal resonance frequency and the board density, and strength was only 0.59. Furthermore, it is shown that improved accuracy when determining the stiffness profiles of boards will lead to even better predictions of bending strength. The results thus motivate both an industrial implementation of the suggested method and further research aiming at more accurately determined board stiffness profiles.ZusammenfassungMaschinelle Festigkeitssortierung von Bauholz basiert auf dem Verhältnis zwischen Sortierparametern, den sogenannten IPs, und der Biegefestigkeit. Allerdings sind die heute gebräuchlichen Parameter eher schwach korreliert. In dieser Studie werden neue Sortierparameter sowie ein neues Sortierverfahren für eine genauere Festigkeitsbestimmung vorgestellt. Der lokale Faserverlauf auf den Schmal- und Breitseiten der Bretter wurde mittels hochauflösendem Laserscanning ermittelt. Bei bekannten generellen Materialeigenschaften eines Brettes konnte anhand der Faserwinkelangaben die Variation des lokalen Elastizitätsmoduls in Längsrichtung dieses Brettes berechnet werden. Durch Integration über Querschnitte entlang des Brettes wurde ein Steifigkeitsprofil für Hochkant-Biegebeanspruchung über die gesamte Brettlänge berechnet. Als neuer Sortierparameter (IP) wurde die niedrigste Biegesteifigkeit entlang des Brettes definiert. An einer Stichprobe aus 105 Fichtenbrettern mit den Abmessungen 45 × 145 × 3,600 mm³ wurde für die Beziehung zwischen diesem neuen IP und der Biegefestigkeit ein Bestimmtheitsmaß von 0,68–0,71 ermittelt. Bei derselben Stichprobe ergab sich für die Beziehung zwischen dem globalen Elastizitätsmodul, berechnet aus der Eigenfrequenz einer Längsschwingung und der Brettrohdichte, und der Festigkeit ein Bestimmtheitsmaß von nur 0,59. Des Weiteren wurde gezeigt, dass eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des Steifigkeitsprofils von Brettern zu einer noch besseren Bestimmung der Biegefestigkeit führt. Die Ergebnisse rechtfertigen sowohl eine industrielle Anwendung des vorgestellten Verfahrens als auch weitere Forschungsbemühungen, um die Steifigkeitsprofile von Brettern noch genauer bestimmen zu können.
