Hållfasthetssortering av virke

I samarbete med industrin har forskargruppen utvecklat en numera patenterad metod för maskinell hållfasthetssortering (Olsson et al. 2013; Olsson och Oscarsson 2017; Olsson et al. 2018). Metoden är baserad på data om lokal fiberriktning på virkesytor i kombination med axiell resonansfrekvens. Genom att använda data från träskanners i en relativt enkel mekanisk modell är det möjligt att beräkna lokal böjstyvhet längs med brädor. Detta ger i sin tur möjlighet att bättre förutsäga styrka än vad som är fallet då man använder andra metoder som är tillgängliga på marknaden.

För att en metod ska uppfylla alla de krav som listas i standarden EN 14081-2 och godkännas av den europeiska marknaden, måste minst 450 plankor utvärderas och utsättas för förstörande provning. För metoden som beskrivs ovan har detta gjorts i två olika testomgångar, för att erhålla inställningsvärden för att klassificera konstruktionsvirke i C-klasser (förstörande böjprover) respektive limträlameller i T-klasser (förstörande dragprover). Testomgångarna genererade omfattande data för ett stort antal plankor, vilket i sin tur gav underlag för en kritisk utvärdering av standarden En 14081-2. Resultaten från en sådan utvärdering är i nuläget under granskning för publicering.

Ytterligare förbättring av sorteringsnoggrannheten kommer att kräva modeller av plankor, genom vilka placering och geometri för kvistar, och fiberorientering i närheten av kvistar, kan bestämmas mer exakt i 3D. Pågående arbete är inriktat på utveckling och succesiv förbättring av sådana modeller.

För hittills uppnådda resultat, se till exempel Briggert et al. (2016), Hu et al. (2018b), Lukacevic et al. (2019). Förbättrad kunskap kring märgens läge, årsringars bredd och geometrin hos kvistar, vilken man kan erhålla genom att använda olika kombinationer av data från datatomografi, ytskanning och matematiska modeller, förväntas möjliggöra mer exakta modeller av virke.

Att ha kunskap om märgens läge i förhållande till tvärsnittet för en planka är viktigt för att kunna förutsäga styvhet, styrka och formstabilitet, och nödvändigt för att kunna upprätta en korrekt modell av plankan. Modellering av kvistgeometri kräver till exempel kunskap om märgläget.

Ett projekt som bedrivs i samarbete med industrin har som mål att fastställa märgläge och avståndet mellan årsringar baserat på gråskalebilder av longitudinella brädytor, som tagits fram genom optisk skanning. Genom wavelet-transform, som utförts på bilder av de fyra längsgående ytorna av en planka, kan årsringarnas våglängd bestämmas. På basis av denna information kan sedan den mest sannolika lokaliseringen av märgen, lokalt längs med plankan, räknas ut. Preliminära resultat presenterades i Habite et al. (2019).

Data för virke, insamlad med hjälp av industriskanners, ger ett underlag för värdeförhöjande processer för trämaterial, utöver maskinell hållfasthetssortering av konstruktionsvirke. Fingerskarvar i konstruktionsvirke och limträlameller möjliggör produktion av långa plankor/lameller och eliminering av svagare sektioner. Detaljerad data avseende lokal fiberorientering och kvistars placering möjliggör minskat spill i anslutning till fingerskarvning.

Resultat presenterade i Olsson et al. (2019) visar att ett kriterium för marginaler mellan kvistar och fingerskarvar, vilket bygger på kunskap om lokal fiberorientering, ger avsevärt mindre mängd spill jämfört med ett kriterium baserat enbart på kvistdiameter.

Ett annat användningsområde, som är nytt för forskargruppen, gäller sortering av lameller för korslimmat trä (KL-trä). I dagsläget används C-klasser utvecklade för konstruktionsvirke även för klassificering av lameller för KL-trä.

Som en del i projektet Större konkurrenskraft för KL-träbaserade byggsystem genom effektiv konstruktion och reducerat kolavtryck kommer forskargruppen att studera ifall andra krav än de som gäller för C-klasser skulle resultera i ett bättre materialnyttjande i KL-träelement än vad som är fallet idag.

En gren kan bära en stor belastning utan att brytas av från trädets stam. Förklaringen till detta ligger i den komplicerade fiberstruktur som återfinns i området alldeles ovanför grenen, där den är ansluten till stammen. Det finns dock i dagsläget inga experimentella studier som i detalj har lyckats visa fiberriktningar i 3D i anslutningen mellan gren och stam.

Inom det pågående forskningsprojektet CT-skanning och betydelsen av kvistar i konstruktionsvirke använder sig forskargruppen av högupplöst röntgen med datortomografi, som utförs successivt på mindre och mindre provbitar, utsågade från det intressanta området där grenen integrerar med stammen i gran.

En tidigare studie som visar fiberorientering i 3D på millimeterskala finns presenterad i Hu et al. (2018c). Den nya studien som använder sig av röntgen/datortomografi kommer dock att ge en upplösning på bara några få mikrometer för det mest intressanta området.