Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä

Sami Virpiö

Research output: Book/ReportReport

Abstract

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.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages82
ISBN (Print)951-38-3413-1
Publication statusPublished - 1989
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesValtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports
Number594
ISSN0358-5077

Fingerprint

finite element analysis

Keywords

  • timber
  • twisting
  • distorsion
  • stresses
  • mechanical properties

Cite this

Virpiö, S. (1989). Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, No. 594
Virpiö, Sami. / Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1989. 82 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 594).
@book{074d2bfe9f584756bef8f8f3ea10b855,
title = "Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelm{\"a}ll{\"a}",
abstract = "Tutkimuksen tarkoituksena on muodostaa puulle yksinkertainen malli rakenteiden mekaniikan keinoin ja tutkia sen j{\"a}lkeen t{\"a}ll{\"a} mallilla sahatavaran kieroutumisen ja vinosyisyyden v{\"a}list{\"a} yhteytt{\"a}. Ty{\"o} on luonteeltaan teoreettinen tutkimus. Puulla on havaittavissa kolme kimmoisuuden symmetriatasoa, joten puuhun voidaan soveltaa anisoireoppisen kimmoteorian ottotrooppista erikoistapausta, jossa puun vuosilustot kuvataan tasoina. Puumateriaalin j{\"a}ykkyysmatriisi ja kuivumisesta aiheutuvat alkuvenym{\"a}t lasketaan ottotrooppisessa muodossa. Puun solukkojen p{\"a}{\"a}asiallisin suunta ei yleens{\"a} noudata rungon pituusakselin suuntaa, mist{\"a} aiheutuu valmiin sahatavaran vinosyisyys. Sahatavaran vinosyisyys mitataan t{\"a}t{\"a} tarkoitusta varten kehitetyll{\"a} mittarilla puun pinnalta. Saaduista havainnoista lasketaan vuosiluston suunnat puun sis{\"a}ll{\"a}. Kun tunnetaan vuosilustojen suunnat puun sis{\"a}ll{\"a}, voidaan laskea materiaalin j{\"a}ykkyysmatriisit ja alkuper{\"a}isvenym{\"a}t kappaleeseen sidotussa koordinaatistossa, ns. rakennekoordinaatistossa. Kuivuessaan puu kutistuu ja kostuessaan laajenee. Kutistuminen ja laajeneminen aiheuttavat puun sis{\"a}lle muodonmuutoksia ja niist{\"a} aiheutuvia j{\"a}nnityksi{\"a}. Vinosyisyyden uskotaan suurelta osin aiheuttavan valmiin sahatavaran kieroutumisen puun kuivuessa. Venymien ja alkuvenymist{\"a} aiheutuvien j{\"a}nnitysten v{\"a}linen tasapainodifferentiaaliyht{\"a}l{\"o}ryhm{\"a} ratkaistaan elementtimenetelm{\"a}ll{\"a}, jolloin saadaan siirtym{\"a}t tietyiss{\"a} pisteiss{\"a}, ns. solmupisteiss{\"a}. Laskettuja siirtymi{\"a} ei ole toistaiseksi verrattu samojen kappaleiden todellisiin, mitattuihin siirtymiin, mutta jo silm{\"a}m{\"a}{\"a}r{\"a}inen tulosten tarkastelu osoittaa analysoitujen kappaleiden k{\"a}ytt{\"a}ytyv{\"a}n kuten vastaavien kappaleiden tiedet{\"a}{\"a}n k{\"a}ytt{\"a}ytyv{\"a}n todellisuudessa: kaukaa ytimest{\"a} sahatut kappaleet pysyv{\"a}t suorina, kun taas ytimen l{\"a}helt{\"a} sahatut kappaleet ja kappaleet, joissa on ydinpuuta, kieroutuvat voimakkaasti. Ohjelmistolla analysoitiin todellisten kappaleiden lis{\"a}ksi kuviteltuja kappaleita, joissa oli vinosyisyydet annettu, jotta saataisiin selville vinosyisyyden vaikutus k{\"a}yristymiseen ja varmistuttaisiin ohjelmiston toimivuudesta. Kappaleet, joiden vastakkaisilla sivuilla vinosyisyydet ovat pareittain yht{\"a} suuria ja samansuuntaisia, pysyv{\"a}t suorina tai taipuvat v{\"a}h{\"a}n ja kappaleet, joiden vastakkaisilla sivuilla vinosyisyydet ovat erisuuntaisia tai voimakkaasti erisuuria, hiertyv{\"a}t. T{\"a}m{\"a} tulos vastaa aikaisempia k{\"a}sityksi{\"a} vinosyisyyden vaikutuksista. Tulokseksi t{\"a}st{\"a} ty{\"o}st{\"a} saatiin tieto siit{\"a}, ett{\"a} lineaarisella ottotrooppisella kimmoteorialla voidaan kuvata puun kosteusmuodonmuntoksia kolmiulotteisessa tapauksessa ja ett{\"a} vinosyisyys on yksi sahatavaran kieroutumisen t{\"a}rkeimmist{\"a} selitt{\"a}jist{\"a}. Tulokset rohkaisevat jatkotutkimuksiin.",
keywords = "timber, twisting, distorsion, stresses, mechanical properties",
author = "Sami Virpi{\"o}",
year = "1989",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-3413-1",
series = "Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "594",
address = "Finland",

}

Virpiö, S 1989, Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, no. 594, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä. / Virpiö, Sami.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1989. 82 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 594).

Research output: Book/ReportReport

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 -

Virpiö S. Sahatavaran kieroutumisen analysointi elementtimenetelmällä. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1989. 82 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 594).