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Bending strength dependence of load‐to‐annual ring direction

Abstract

The bending strength was studied for load‐to‐grain direction at angle of 90° and load‐to‐annual tree ring direction at angle of 45° of almost 700 years old subfossil elm wood from Sava riverbed. Elm wood is widely used because it is solid and hard regarding its weight. However, due to the Elm Dutch disease and mass drying of elm trees in 1950s, nowadays it is almost impossible to find in natural forest stands of south‐eastern Europe a tree of reproductive age. The value and uniqueness of the studied material lies also in the fact that the subfossil elm wood is even rarer than the recent one, and is highly appreciated for its aesthetic and mechanical qualities. Bending strength has been determined by a three‐point bending test. The mean bending strength value is within the limits for recent elm wood. This investigation has shown that such load‐to‐annual ring direction has almost 20 % higher value for bending strength than for loads applied to the longitudinal‐tangential surface (angle of 0°) and to the longitudinal‐radial surface (angle of 90°). This proves that the ring orientation plays an important role in the measurement of mechanical properties of elm wood and that the measurement of the angle of 45° should always be considered for investigation of bending strength.The coefficient of determination of Weibull functions has been close to value of 1, so it has been concluded that the measured bending strength follows Weibull distribution.

Translation abstract

Die Biegefestigkeit der subfossilen, 700 Jahre alten, im Flussbett der Save gefundenen Ulme wurde in der Richtung senkrecht zu den Holzfasern und in der Richtung 45 Grad zu den Jahrringen geneigt untersucht. Ulmenholz findet eine breite Anwendung wegen seines guten Verhältnisses von Festigkeit zu Dichte und von Härte zu Dichte. Allerdings enthalten die natürlichen Baumbestände Osteuropas kaum fortpflanzungsfähige Ulmen, weil sie in der Mitte des 20. Jahrhunderts der Holländischen Ulmenkrankheit (Dutch elm disease) im großen Maße zu Opfer fielen. Subfossiles Ulmenholz wird sogar seltener gefunden; wegen seiner mechanischen und ästhetischen Eigenschaften wird es besonders geschätzt. Die Biegefestigkeit wurde in einem Dreipunktbiegeversuch geprüft. Der ermittelte Mittelwert der Biegefestigkeit der subfossilen Ulme befindet sich innerhalb der Wertgrenzen für rezentes Ulmenholz. Die Untersuchung zeigte auch, dass die ermittelten Werte etwa 20 % höher sind als die Werte für die Biegefestigkeit des gleichen Holzes im Falle der in der longitudinal‐tangentialen Richtung wirkenden Kraft (Winkel von 0 Grad) sowie im Falle der in der longitudinal‐radialen Richtung wirkenden Kraft (Winkel von 90 Grad). Somit wird bewiesen, dass die Jahrringorientierung eine große Auswirkung auf den Wert von mechanischen Eigenschaften der Ulme in der longitudinalen Richtung hat und dass die Messungen unter dem Winkel von 45 Grad immer in die Bestimmung der Biegefestigkeit einbezogen werden sollten. Der Determinationskoeffizient der Weibull‐Verteilung liegt nahe dem Wert 1, woraus geschlossen werden kann, dass die gemessene Biegefestigkeit der Weibull‐Verteilung folgt.

Autoren:   V. Rede, S. Essert, Z. Šokčević
Journal:   Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Band:   48
Ausgabe:   8
Jahrgang:   2017
Seiten:   773
DOI:   10.1002/mawe.201700023
Erscheinungsdatum:   08.08.2017
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