TY - BOOK
T1 - Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä
AU - Virpiö, Sami
PY - 1989
Y1 - 1989
N2 - Tutkimuksen tarkoituksena on muodostaa puulle
yksinkertainen malli rakenteiden mekaniikan keinoin ja
tutkia sen jälkeen tällä mallilla sahatavaran
kieroutumisen ja vinosyisyyden välistä yhteyttä. Työ on
luonteeltaan teoreettinen tutkimus.
Puulla on havaittavissa kolme kimmoisuuden
symmetriatasoa, joten puuhun voidaan soveltaa
anisoireoppisen kimmoteorian ottotrooppista
erikoistapausta, jossa puun vuosilustot kuvataan tasoina.
Puumateriaalin jäykkyysmatriisi ja kuivumisesta
aiheutuvat alkuvenymät lasketaan ottotrooppisessa
muodossa.
Puun solukkojen pääasiallisin suunta ei yleensä noudata
rungon pituusakselin suuntaa, mistä aiheutuu valmiin
sahatavaran vinosyisyys. Sahatavaran vinosyisyys mitataan
tätä tarkoitusta varten kehitetyllä mittarilla puun
pinnalta. Saaduista havainnoista lasketaan vuosiluston
suunnat puun sisällä.
Kun tunnetaan vuosilustojen suunnat puun sisällä, voidaan
laskea materiaalin jäykkyysmatriisit ja alkuperäisvenymät
kappaleeseen sidotussa koordinaatistossa, ns.
rakennekoordinaatistossa.
Kuivuessaan puu kutistuu ja kostuessaan laajenee.
Kutistuminen ja laajeneminen aiheuttavat puun sisälle
muodonmuutoksia ja niistä aiheutuvia jännityksiä.
Vinosyisyyden uskotaan suurelta osin aiheuttavan valmiin
sahatavaran kieroutumisen puun kuivuessa.
Venymien ja alkuvenymistä aiheutuvien jännitysten välinen
tasapainodifferentiaaliyhtälöryhmä ratkaistaan
elementtimenetelmällä, jolloin saadaan siirtymät
tietyissä pisteissä, ns. solmupisteissä.
Laskettuja siirtymiä ei ole toistaiseksi verrattu samojen
kappaleiden todellisiin, mitattuihin siirtymiin, mutta jo
silmämääräinen tulosten tarkastelu osoittaa analysoitujen
kappaleiden käyttäytyvän kuten vastaavien kappaleiden
tiedetään käyttäytyvän todellisuudessa: kaukaa ytimestä
sahatut kappaleet pysyvät suorina, kun taas ytimen
läheltä sahatut kappaleet ja kappaleet, joissa on
ydinpuuta, kieroutuvat voimakkaasti.
Ohjelmistolla analysoitiin todellisten kappaleiden
lisäksi kuviteltuja kappaleita, joissa oli vinosyisyydet
annettu, jotta saataisiin selville vinosyisyyden vaikutus
käyristymiseen ja varmistuttaisiin ohjelmiston
toimivuudesta.
Kappaleet, joiden vastakkaisilla sivuilla vinosyisyydet
ovat pareittain yhtä suuria ja samansuuntaisia, pysyvät
suorina tai taipuvat vähän ja kappaleet, joiden
vastakkaisilla sivuilla vinosyisyydet ovat erisuuntaisia
tai voimakkaasti erisuuria, hiertyvät. Tämä tulos vastaa
aikaisempia käsityksiä vinosyisyyden vaikutuksista.
Tulokseksi tästä työstä saatiin tieto siitä, että
lineaarisella ottotrooppisella kimmoteorialla voidaan
kuvata puun kosteusmuodonmuntoksia kolmiulotteisessa
tapauksessa ja että vinosyisyys on yksi sahatavaran
kieroutumisen tärkeimmistä selittäjistä. Tulokset
rohkaisevat jatkotutkimuksiin.
AB - Tutkimuksen tarkoituksena on muodostaa puulle
yksinkertainen malli rakenteiden mekaniikan keinoin ja
tutkia sen jälkeen tällä mallilla sahatavaran
kieroutumisen ja vinosyisyyden välistä yhteyttä. Työ on
luonteeltaan teoreettinen tutkimus.
Puulla on havaittavissa kolme kimmoisuuden
symmetriatasoa, joten puuhun voidaan soveltaa
anisoireoppisen kimmoteorian ottotrooppista
erikoistapausta, jossa puun vuosilustot kuvataan tasoina.
Puumateriaalin jäykkyysmatriisi ja kuivumisesta
aiheutuvat alkuvenymät lasketaan ottotrooppisessa
muodossa.
Puun solukkojen pääasiallisin suunta ei yleensä noudata
rungon pituusakselin suuntaa, mistä aiheutuu valmiin
sahatavaran vinosyisyys. Sahatavaran vinosyisyys mitataan
tätä tarkoitusta varten kehitetyllä mittarilla puun
pinnalta. Saaduista havainnoista lasketaan vuosiluston
suunnat puun sisällä.
Kun tunnetaan vuosilustojen suunnat puun sisällä, voidaan
laskea materiaalin jäykkyysmatriisit ja alkuperäisvenymät
kappaleeseen sidotussa koordinaatistossa, ns.
rakennekoordinaatistossa.
Kuivuessaan puu kutistuu ja kostuessaan laajenee.
Kutistuminen ja laajeneminen aiheuttavat puun sisälle
muodonmuutoksia ja niistä aiheutuvia jännityksiä.
Vinosyisyyden uskotaan suurelta osin aiheuttavan valmiin
sahatavaran kieroutumisen puun kuivuessa.
Venymien ja alkuvenymistä aiheutuvien jännitysten välinen
tasapainodifferentiaaliyhtälöryhmä ratkaistaan
elementtimenetelmällä, jolloin saadaan siirtymät
tietyissä pisteissä, ns. solmupisteissä.
Laskettuja siirtymiä ei ole toistaiseksi verrattu samojen
kappaleiden todellisiin, mitattuihin siirtymiin, mutta jo
silmämääräinen tulosten tarkastelu osoittaa analysoitujen
kappaleiden käyttäytyvän kuten vastaavien kappaleiden
tiedetään käyttäytyvän todellisuudessa: kaukaa ytimestä
sahatut kappaleet pysyvät suorina, kun taas ytimen
läheltä sahatut kappaleet ja kappaleet, joissa on
ydinpuuta, kieroutuvat voimakkaasti.
Ohjelmistolla analysoitiin todellisten kappaleiden
lisäksi kuviteltuja kappaleita, joissa oli vinosyisyydet
annettu, jotta saataisiin selville vinosyisyyden vaikutus
käyristymiseen ja varmistuttaisiin ohjelmiston
toimivuudesta.
Kappaleet, joiden vastakkaisilla sivuilla vinosyisyydet
ovat pareittain yhtä suuria ja samansuuntaisia, pysyvät
suorina tai taipuvat vähän ja kappaleet, joiden
vastakkaisilla sivuilla vinosyisyydet ovat erisuuntaisia
tai voimakkaasti erisuuria, hiertyvät. Tämä tulos vastaa
aikaisempia käsityksiä vinosyisyyden vaikutuksista.
Tulokseksi tästä työstä saatiin tieto siitä, että
lineaarisella ottotrooppisella kimmoteorialla voidaan
kuvata puun kosteusmuodonmuntoksia kolmiulotteisessa
tapauksessa ja että vinosyisyys on yksi sahatavaran
kieroutumisen tärkeimmistä selittäjistä. Tulokset
rohkaisevat jatkotutkimuksiin.
KW - timber
KW - twisting
KW - distorsion
KW - stresses
KW - mechanical properties
M3 - Report
SN - 951-38-3413-1
T3 - Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports
BT - Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä
PB - VTT Technical Research Centre of Finland
CY - Espoo
ER -