Investigation of mechanical properties for medium-dense hardwoods, focusing on beech, birch and oak.

Abstract

En undersøkelse av de mekaniske egenskapene til et utvalg hardtre av medium tetthet er blitt gjennomført. Innledningsvis er bakgrunnsteori om tre og trestrukturen presentert. Treslagene som ble undersøkt i studien var bøk (Fagus), bjørk (Betula) og eik (Quercus). Videre består studien av en gjennomgang av eksisterende litteratur, metoder og resultater. En presentasjon av aktuelle metoder som kan benyttes for å bestemme egenskaper er blitt forklart, og til slutt vil eksperimentelt arbeid, ved testing av norsk eik i trykk, skjær og bøying, bli gjennomført.

Resultatene fra eksperimentene er sammenlignet med resultatene fra eksisterende litteratur. Testingen i trykk parallelt med fiberretningen ga en elastisitetsmodul på 9894,9 MPa, som er omtrent 18% lavere enn forventet med tanke på resultater litteraturstudiet. Dette medførte mistanke om at at prøvedimensjonene som ble brukt i forsøket er utilfredsstillende for metoden. Elastisitetsmodul vinkelrett på fiberretningen ble funnet til å være 1231,7 MPa, som er i det forventede området.

En numerisk analyse ble anvendt for å bestemme skjærmodulen. Prøvestykkene som ble brukt til eksperimentene var ikke optimalisert for etterbehandlingen av resultatene, da skjærsonen ikke besto av rene skjærspenninger. Likevel ble analysen gjort, og resulterte i en skjærmodul på 2475 MPa.

Testing i bøying ble gjennomført i henhold til EN408, og etterbehandlingen ble utført ved bruk av bjelketeori. Elastisitetsmodulen som ble funnet ved bøying var 17529,4 MPa, som er høyere enn tidligere resultater. På den annen side ble det funnet at bøyestyrken passet inn i eksisterende resultater med en verdi av 102,22 MPa.

An investigation into the mechanical properties of a selection of medium-dense hardwoods has been completed. Initially, some background theory about timber and the wooden structure has been presented. The wooden species investigated in the study were beech (Fagus), birch (Betula), and oak (Quercus). Further, the study consists of a review of existing literature, methods, and results in the fields. A presentation of applicable methods that could be used to determine properties has been briefly explained, and lastly, experimental work, testing Norwegian oak in compression, shear, and bending, will be completed.

Results from the experiments have been compared to the results found from the existing literature. The testing in compression parallel to grain gave a modulus of elasticity of 9894,9 MPa, which is approximately 18% lower than expected results from the literature review, suspecting that the specimen dimensions used are unsatisfying for the method. Modulus of elasticity perpendicular to the grain direction was found to be 1231,7 MPa, which are in the expected range.

A numerical analysis was applied to determine the shear modulus. The test pieces used for the experiments were not optimized for the post-processing of the results as the shear-zone did not consist of pure shear. Nevertheless, the analysis was made, concluding with a shear modulus of 2475 MPa.

Testing in bending was completed according to EN408, and the post-processing was done applying beam theory. The modulus of elasticity found in bending was 17529,4 MPa, which is higher than previously acquired results. On the other hand, the bending strength was found to fit into existing results with a value of 102,22 MPa.