Geometrian ja materiaaliparametrien vaikutus puun jäykkyyteen

Johanna Sjölund

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Solumaisia rakenteita, kuten puuta tai Nomexia, käytetään useissa erilaisissa sovelluksissa, aina rakentamisesta sellunkeittoon ja erilaisissa skaaloissa, millimetreistä aina satoihin metreihin. Luonnollisena materiaalina puu on ortotrooppinen ja epähomogeeninen. Puun solurakenne koostuu pitkänomaisista soluista, joilla muoto ja koko vaihtelevat sekä satunnaisesti että järjestäytyneesti kuten vuosirenkaassa. Fysikaalissa kokeissa saadaan yleinen käsitys materiaalin käyttäytymisestä, mutta ei saada tietoa yksittäisten ominaisuuksien vaikutuksista, koska sekä koekappaleen koko että tyyppi ovat rajoitettuja. Simulaatiokokeilla, jotka perustuvat mikromekaaniseen mallinnukseen, on suurempi vapausaste ja erilaisia ominaisuuksia voidaan käsitellä yksittäin. Simulaatiokokeet suunnitellaan vastaamaan fyysikaalisia kokeita, joissa näytettä kuormitetaan ja venymä mitataan suoraan. Simulaatioita varten on tiedettävä sekä tärkeiden ominaisuuksien vaikutukset jäykkyyteen että pois jätettävien ominaisuuksien vaikutukset. Puun jäykkyys riippuu solurakenteen geometriasta, soluseinämän paksuudesta ja soluseinämän materiaaliominaisuuksista. Geometrisen mallin avulla voidaan kuvata solurakennetta. Variaatioita on käsiteltävä mallissa, koska luonnollisissa materiaaleissa esiintyvä geometrian variaatio vaikuttaa myös rakenteen jäykkyyteen. Ominaisuuksien variaatiota voidaan tutkia mallintamalla epäsäännöllisia rakenteita. Säännöllistä rakennetta voidaan mallintaa laskennallisen homogenisaation avulla. Nomexia käytettiin puun yksinkertaistettuna mallina, jolle oli mahdollista suorittaa sekä fyysikaalisia kokeita, että simulaatiokokeita. Ohuiden seinämien palkkimalli osoitettiin oikeaksi vertaamalla kahden eri rakenteen tuloksia.Eri geometria- ja materiaaliominaisuuksien variaation vaikutus kuusen jäykkyyteen voidaan määrittää ja tällöin ominaisuuksien suhteellinen merkittävyys voidaan arvioida. Kehitetyn tietokonemallin avulla voidaan laskea efektiivinen jäykkyys mille tahansa ominaisuuksien yhdistelmälle. Valikoitujen ominaisuuksien vaikutusta jäykkyyteen havainnollistetaan kuvaajien avulla.
    Julkaisun otsikon käännösGeometrian ja materiaaliparametrien vaikutus puun jäykkyyteen
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Tuhkuri, Jukka, Vastuuprofessori
    • Freund, Jouni, Vastuuprofessori
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6132-0
    Sähköinen ISBN978-952-60-6133-7
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • solurakenteiset materiaalit
    • puu
    • kuusi
    • mikromekaaninen mallintaminen
    • laskennallinen homogenisointi
    • jäykkyys

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Geometrian ja materiaaliparametrien vaikutus puun jäykkyyteen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä