Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии
Определение физико-механических свойств древесины методом измерения сопротивления сверлению
Опубликована: 2019-12-20
  • Е. С. Шарапов Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола)
  • Е. В. Смирнова Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола)

Аннотация

Мобильное устройство для измерения сопротивления сверлению IML RESI PD-400 и стандартное тонкое буровое сверло (IML System GmbH, Вислох, Германия) использовались для установления взаимосвязи сопротивления древесины сверлению и подаче с плотностью, модулем упругости и пределом прочности бездефектной древесины сосны (Pinus sylvestris L.), бука (Fagus sylvatica L.), дуба (Quercus robur L.) и липы (Tilia europaea L.). Испытания проводились на образцах в абсолютно сухом состоянии, кондиционированных при 20°С/65% RH и 20°С/90% RH и пропитанных водой при варьируемой скорости подачи тонкого бурового сверла 0.5, 1.0 и 1.5 м/мин и фиксированной частоте его вращения 2000 мин-1. Получены линейные модели определения плотности, модуля упругости и прогнозирования предела прочности древесины при статическом изгибе на основании данных сопротивления сверлению и подаче. Выявлено отсутствие статистически значимого влияния влажности древесины на определение модуля упругости методом измерения сопротивления сверлению. Значимое влияние влажности для определения плотности древесины установлено для образцов влажностью выше и ниже предела насыщения клеточных стенок. Максимальный эффект на коэффициент детерминации для линейных моделей определения плотности и модуля упругости древесины методом измерения сопротивления сверлению оказывает порода древесины. Для всех условий эксперимента сопротивление древесины сверлению являлось оптимальным параметром по сравнению с сопротивлением подаче, обеспечивающим максимальную точность (R2) определения плотности и модуля упругости древесины методом измерения сопротивления сверлению. Предполагается, что установленные модели взаимосвязи между сопротивлением древесины сверлению, модулем упругости и плотностью древесины могут быть использованы для оценки физико-механических свойств и внутреннего состояния древесины для радиального и тангенциального направлений сверления относительно направления волокон.

Литература

1. Niemz P., Mannes D. Non-destructive testing of wood and wood-based materials // Journal of Cultural Heritage. 2012. Vol. 13, iss. 3. P. 26–34.
2. Wood and Timber Condition Assessment Manual / R.J. Ross, B.K. Brashaw, X. Wang, R.H. White, R.F. Pellerin. Madison, WI: Forest Products Society, 2004.
3. Vössing K.J., Niederleithinger E. Nondestructive assessment and imaging methods for internal inspec-tion of timber. A review // Holzforschung. 2018. Vol. 72, iss. 6. P. 467–476.
4. Nowak T.P., Jasienko J., Hamrol-Bielecka K. In situ assessment of structural timber using the resistance drilling method – Evaluation of usefulness // Constr. Build. Mater. 2016. Vol. 102. P. 403–415.
5. Condition assessment of timber bridges 1. Evaluation of a micro-drilling resistance tool. Gen Tech Rep FPL-GTR-159 / B.K. Brashaw, R.J. Vatalaro, J.P. Wacker, R.J. Ross. Madison, WI: USDA For Serv Forest Prod Lab, 2005. 8 p.
6. Characterization of decay in the wooden roof of the S. Agata Church of Ragusa Ibla (Southeastern Sicily) by means of sonic tomography and resistograph penetration tests / S. Imposa, G. Mele, M. Corrao, G. Coco, G. Battaglia // The International Journal of Architectural Heritage. 2014. Vol. 8, iss. 2. P. 213–223.
7. Rinn F. Resistographic visualization of tree ring density variations // Proceedings of the International Conference Tree Rings and Environment. Tucson, AZ, USA: Radiocarbon, 1996. P. 871–878.
8. Ceraldi C., Mormone V., Russo-Ermolli E. Resistographic inspection of ancient timber structures for the evaluation of mechanical characteristics // Materials and Structures. 2001. Vol. 34, iss. 235. P. 59–64.
9. Park C.Y., Kim S.J., Lee J.J. Evaluation of specific gravity in post member by drilling resistance test // Mokchae Konghak. 2006. Vol. 34, iss. 2. P. 1–9.
10. Can wood density be efficiently selected at early stage in maritime pine (Pinus pinaster Ait.)? / L. Bouffier, C. Charlot, A. Raffin, P. Rozenberg, A. Kremer // Annals of Forest Science. 2008. Vol. 65, iss. 1. P. 106–113. DOI: 10.1051/forest:2007078.
11. Determining Modulus of Elasticity of Ancient Structural Timber / H. Zhang, L. Zhu, Y. Sun, X. Wang, H. Yan // Adv mater res-Switz. 2011. Vol. 217–218. P. 407–412.
12. Application of resistograph to obtain the density and to differentiate wood species / L. Acuna, L.A. Basterra, M. Casado, G. Lopez, G. Ramon-Cueto, E. Relea, C. Martinez, A. Gonzalez // Mater Construcc. 2011. Vol. 61, iss. 303. P. 451–464.
13. Morales-Conde M.J., Rodríguez-Liñán C., Saporiti-Machadob J. Predicting the density of structural timber members in service. The combine use of wood cores and drill resistance data // Mater Construcc. 2014. Vol. 64, iss. 315. DOI: 10.3989/mc.2014.03113.
14. Oliveira J.T.S., Wang X., Vidaurre G. Assessing specific gravity of young Eucalyptus plantation trees us-ing a resistance drilling technique // Holzforschung. 2017. Vol. 71, iss. 2. P. 137–145.
15. Drilling resistance method to evaluate density and hardness properties of resinous wood of agar-wood (Aquilaria malaccensis) / L. Karlinasari, M.I. Danu, D. Nandika, M. Tujaman // Wood Research. 2017. Vol. 6, iss. 5. P. 683–690.
16. Application of the IML Resistograph to the infield assessment of basic density in plantation eucalypts / G.M. Downes, M. Lausberg, B.M. Potts, D.L. Pilbeam, M. Bird, B. Bradshaw // Australian Forestry. 2018. Vol. 81, is. 3. DOI: 10.1080/00049158.2018.1500676.
17. Sharapov E., Wang X., Smirnova E. Drill bit friction and its effect on resistance drilling measurements in logs // Proceedings of the 20th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium, 12-15 September 2017. Madison, WI: USDA For Serv Forest Prod Lab, 2017. Pp. 405–415.
18. Wear behavior of drill bits in wood drilling resistance measurements / E. Sharapov, X. Wang, E. Smir-nova, J.P. Wacker // Wood and Fiber Science. 2018. Vol. 50, is. 2. P. 154–166.
19. Combined effect of wood moisture content, drill bit rotational speed and feed rate on drilling resistance measurements in Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) / E. Sharapov, C. Brischke, H. Militz, E. Smirnova // Wood Material Science and Engineering. 2018. DOI: 10.1080/17480272.2018.1557249.
20. DIN 52186. Testing of wood; bending test. DIN German Institute for Standardization, Berlin, 1978.
21. DIN 52183. Testing of wood; determination of moisture content. DIN German Institute for Standardi-zation, Berlin, 1977.
22. Шарапов Е.С., Смирнова Е.В., Торопов А.С. Сравнительный анализ работы устройств для опре-деления свойств древесины методом измерения сопротивления сверлению // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. № 225. С. 188–201.
23. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины: учебное пособие. Минск: Вышэйшая шко-ла, 1975. 304 с.
24. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов: учебник для вузов. 3-е изд. Москва: ГОУ ВПО МГУЛ, 2004. 310 с.
25. Wang S.-Y., Chiu C.-M., Lin C.-J. Application of the drilling resistance method for annual ring charac-teristics: evaluation of Taiwania (Taiwania cryptomerioides) trees grown with different thinning and pruning treatments // Journal of Wood Science. 2003. Vol. 49, is. 2. P. 116–124.
26. Guller B., Guller A., Kazaz G. Is Resistograph an appropriate tool for the annual ring measurement of Pinus brutia? // Proceedings of the International Conference NDE Safety, Czech Rebublic, 2012. Pp. 89–94.
27. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. Санкт-Петербург: Питер, 1997. 240 с.
28. STATGRAPHICS® (2009a) DOE Wizard – Quantitative and Categorical Factors. StatPoint Technolo-gies, Inc. The Plains, Virginia, USA. URL: https://ru.scribd.com/document/ 369609012 /DOE-Wizard-Quantitative-and-Categorical-Factors.
29. STATGRAPHICS® (2009b) DOE Wizard – Multi-Factor Categorical Designs. StatPoint Technolo-gies, Inc. The Plains, Virginia, USA. URL: https://ru.scribd.com/document/ 369609065/DOE-Wizard-Multi-Factor-Categorical-Designs.