Murtumismekaniikan soveltaminen puuhun

Kirsti Wright, Erkki Leppävuori

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Puun murtumistarkasteluihin alettiin soveltaa 1960-luvulla murtumismekaniikkaa, joka tarkastelee aineessa olevan särön kasvamista ja särönkasvusta johtuvaa haurasmurtuman mahdollisuutta. Varhaisimmissa tutkimuksissa etsittiin vapautuvan energian GC riippuvaisuutta särön koosta, puun ortotropiasuunnista, kosteudesta, lämpötilasta ja kokeen suoritusnopeudesta. Uudemmat tutkimukset ovat keskittyneet murtumissitkeyden KC määrittamiseen ja lineaarisen murtumismekaniikan soveltamiseen. Murtumismekaniikan materiaalivauriot ovat herkkiä koemenettelyn yksityiskohdille. Eri tutkijoiden arvojen vertailua vaikeuttaa se, että ohjaavaa standardia ei ole. Käytettyjen koekappaleiden koko vaihtelee parista kuutiosenttimetristä kolmemetrisiin palkkeihin ja pienillä koekappaleilla on saatu jopa monikymmenkertaisia laskennallisen murtumissitkeyden arvoja verrattuna suurten koekappaleiden antamiin arvoihin. Puun ortotrooppisuuden takia yhdistetyt murtumistavat ovat yleisiä. Keskeinen ongelma on eri tapojen merkityksen arvioiminen ja sopivan murtoehdon muodostaminen. Ortotropiasuuntien erilaista murtumissitkeyttä voidaan selittää murtopinnan morfologian avulla. Tärkeimmät selitysmallit tarkastelevat vuosilustojen ja ydinsäteiden sekä solurakenteen merkitystä. Soluseinämien rakennepiirteet selittävät kosteuden ja lämpötilan vaikutusta. Lineaarista murtumismekaniikkaa voidaan soveltaa rakenteisiin, joissa esiintyy puun syiden suuntaan nähden poikittaisia vetojännityksiä ja jännityshuippuja. Liimapuupalkeissa ja liimaliitoksissa on tällaisia yksityiskohtia. Halkeamien, lovien ja mahdollisesti oksienkin vaikutus rakenteen kantokykyyn voidaan ottaa paremmin husmioon murtumismekaniikan avulla. Kokovaikutuksen analysoinnissa on otettava huomioon, onko kappale tasojännitystilassa vai tasomuodonmuutostilassa. Edelleen on erotettava toisistaan lujuuden ja murtumissitkeyden riippuvaisuus koosta. Luonnollisen kokoa ilmaisevan parametrin löytäminen ei ole itsestään selvää. Virheetön puu ja sahatavara kestävät pitkäaikaista kuormitusta eri tavalla. Sekä jännitysintensiteettitarkasteluun perustuvaa hitaan särönkasvun teoriaa että viskoelastisen särönkasvun teoriaa on käytetty eliniän arviointiin. Vauriomallit ovat analogisia särönkasvuteorian kanssa. Varmuusfilosofian pitää perustua tilastolliseen tarkasteluun, jolloin sahatavaran ominaisuuksia käsitellään ottaen huomioon niille luonteenomaiset vinot ja laajat jakaumat. Murtorajatilana nopean säronkasvun aiheuttama haurasmurtuma on vaarallisempi kuin hidas ja sitkeä puristusmurtuma, jolloin rakennuksen muodonmuutos ennakoi kantokyvyn menettämistä.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages101
ISBN (Print)951-38-2137-4
Publication statusPublished - 1984
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesValtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita
Number373
ISSN0358-5085

Keywords

  • wood products
  • fracture mechanics
  • strength

Cite this

Wright, K., & Leppävuori, E. (1984). Murtumismekaniikan soveltaminen puuhun. VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita, No. 373