Title: Influence of annual rings on displacement and stress fields in wood at loading perpendicular to the grain
Language: English
Authors: Gloimüller, Stefan 
Qualification level: Diploma
Keywords: Jahresringe; Frühholz; Spätholz; finite Elemente; Holzbestandteile; Holz; Mikromechanikmodel; Mori Tanaka; self consistent scheme; Unit-Cell-Methode
annual ring; earlywood; latewood; finite element; wood ingredients; wood; micromechanical model; Mori Tanaka; self consistent scheme; unit cell method
Advisor: Eberhardsteiner, Josef
Assisting Advisor: Hofstetter, Karin 
Issue Date: 2008
Number of Pages: 101
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Früh- und Spätholz auf die Deformations- und Spannungsfelder bei einer Belastung normal zur Holzfaser.
Der theoretische Teil beschäftigt sich mit der Erstellung eines Computerprogramms das eine Berechnung mit Hilfe der finiten Elemente, ein Mikromechanikmodell und die Digitalisierung von Jahresringen anhand eines Bildes kombiniert.
Als Programm für die FE-Berechnungen wurde COMSOL gewählt, da der Quellcode in MATLAB beliebig editierbar ist.
Das Mikromechanikmodell, welches am Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen an der technischen Universität Wien entwickelt wurde, berechnet in drei Homogenisierungsschritten die Steifigkeitsmatrizen für jeden Integrationpunkt der finiten Elemente.
Diese drei Schritte kombinieren die Inhaltsstoffe von Holz nämlich Zellulose, Hemizellulose, Lignin, Extraktstoffe und Wasser und die variierende Dichte von Frühholz und Spätholz zu Steifigkeitswerten.
Die Dichten werden aus einem Bild des Holzquerschnittes anhand der verschiedenen Graustufen ermittelt.
Die zweite Komponente für die FE-Berechnung ist die sich ändernde Ausrichtung der radialen und tangentialen Richtung aufgrund der runden Form der Jahresringe.
Der praktische Teil beschäftigt sich mit der Validierung dieses FEM-Programmes.
Dazu wurden von der Universität für Bodenkultur in Wien Proben aus einem Starkholzprojekt zur Verfügung gestellt. Diese wurden nach kurzen Bearbeitungsschritten mit einer einachsialen Zugmaschine auf ihre Steifigkeit getested.
Um die Verschiebungen möglichst genau, im Bereich von Mikrometern, zu erhalten wurden diese mit einem optischen und berührungslosen Messverfahren (Elektronische Speckle Interferometrie) gemessen.
In den Verschiebungsbildern, die mit diesem Messsystem erstellt wurden, spiegelten sich auch die Muster der Jahresringe wieder, was einen deutlichen Einfluss dieser auf das Materialverhalten beweist.

The theoretical part include the creation of a program which operate with the finite elements method in combination with a micromechanical model and the digitalization of annual rings from a picture of the cross-section.
COMSOL is used as finite element program and modified in MATLAB.
The micromechanical model, developed at the department for mechanics of materials and structures - technical university in vienna, calculates the stiffness values for each integration point of a finite element by using three homogenization steps.
These steps combine the ingredients of wood, namely cellulose, hemicellulose, lignin, extractives, and water, and the varying density of latewood and earlywood, to a stiffness matrix.
The density of wood result from the digitalization of a gray picture from the cross-section.
A second component for the FEM-calculation is the varying local orientation of the radial and tangential direction because of the circular annual rings.
The practical part deals with the validation of the FEM-program.
The tested samples are derived by the university of natural resources and applied life sciences in vienna and are tested with a tension testing machine at the laboratory of department for mechanics of materials and structures - technical university in vienna.
To get detailed values of deformation in the range of micrometers from the samples, they are measured with an optical measurement system called electronic speckle pattern interferometry (ESPI).
This measurement system shows the pattern of the annual rings in the pictures of deformation as a conclusion to this thesis.
The aim of this work is a model to evaluate the effect of annual rings in wood for different worked samples.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-24021
http://hdl.handle.net/20.500.12708/11058
Library ID: AC05037279
Organisation: E202 - Institut für Festigkeitslehre 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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