Steifigkeiten von Laubholz - experimentelle Untersuchungen und mikromechanische Modellierung

Abstract

Da der heimische Wald zunehmend eine Wandlung vom Nadelholz zu Laubholz erlebt, soll diesem, im Hinblick auf die bautechnische Anwendung, mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden. Dazu soll untersucht werden, ob der komplexe Strukturaufbau von Laubhölzern im Vergleich zu Nadelhölzern mittels eines mathematischen Modells beschrieben werden kann. Dazu werden Laubhölzer mit möglichst unterschiedlichen Struktureigenschaften ausgewählt und in einer umfangreichen Serie an Experimenten untersucht. Begonnen wird dabei auf der Makroebene bis hin zur Mikroebene. Es werden dazu mechanische, strukturelle und chemische Untersuchungsmethoden verwendet. Die Steifigkeiten werden dabei auf der Makroebene durch Quasistatische- und Ultraschall-Versuche und auf der Zellwandebene mittels Nanoindentations-Versuche bestimmt. Die Mikrofibrillenwinkeln der S2-Schichte der Zellwand wird anhand von Mikroskopaufnahmen gemessen, ebenso wie die Volumenanteile an Gefäßen, Holzstrahlen, Zellwandmaterial der Holzstrahlen und Früh- und Spätholz.<br />Die chemischen Zusammensetzungen der Holzarten werden zufolge thermogravimetrischen Analysen und Extrakstoffbestimmungen ermittelt.<br />Anschließend wird ein mathematisches Modell aufgestellt um die mechanischen Eigenschaften der Laubhölzer unter Zuhilfenahme der strukturellen und chemischen Versuchsergebnisse zu berechnen. Dazu wird ein bestehendes Modell für die Beschreibung von Nadelhölzern auf die Strukturmerkmale der Laubhölzer adaptiert. Für die Abbildung der komplexen Eigenschaften wird von Homogenisierungsverfahren Gebrauch gemacht. Nach einer Validierung des Modells, durch Vergleich von experimentellen Ergebnissen mit den zugehörigen Modellvorhersagen, wird der Einfluss einiger struktureller, physikalischer und chemischer Eigenschaften untersucht.