skiss

Doktorandprojekt: Fuktinducerad spänning i och deformation hos träbalkar

Detta doktorandprojekt fokuserar på utvecklingen av en tredimensionell numerisk modell i finit element-programvaran Abaqus för att kunna analysera fukttransport och spänningsutveckling i trä, med hänsyn tagen till materialets ortotropa egenskaper. Modellen används för flera tillämpningar: från torkning av nysågade brädor till kalibrering och validering av modellen baserat på långtidstester av mekaniskt belastade balkar som samtidigt utsätts för klimatvariation.

Bild: (a.) Upplägg av test av mekaniskt belastade balkar i en klimatkammare. (b.) Upplägg av test av mekaniskt belastade balkar i naturlig miljö. (c.) Utdata från tredimensionell spänning i en numerisk modell som används för att simulera belastning.

Fakta om projektet

Doktorand
Sara Florisson
Handledare
Sigurdur Ormarsson och Johan Vessby
Projektstart
Nov 2015
Ämne
Byggteknik (Institutionen för byggteknik, Fakulteten för teknik)

Mer om projektet

Övervakningen av fuktförändring och deformation av träbalkar sker i allmänhet i specifika punkter, vilket ger en fragmenterad bild av deras beteende. Tack vare den senaste utvecklingen av tredimensionell modellering är det nu möjligt att simulera spänning och deformation orsakade av variation av fuktighet, och samtidigt inkludera heuristiska randvillkor och en exakt beskrivning av fiberorientering. Modellen används för flera tillämpningar: från torkning av nysågade brädor till kalibrering och validering av modellen baserat på långtidstester av mekaniskt belastade balkar som samtidigt utsätts för klimatvariation.

Nuförtiden, bland annat tack vare limträ och korslimmat trä, blir användandet av trä som byggmaterial allt mer populärt. Därmed ökar kravet på optimala och effektiva modeller för analys av träkonstruktioners långsiktiga mekaniska beteende, vilket i sin tur kräver ytterligare forskning.

Trä är ett hygroskopiskt material som kontinuerligt strävar efter att åstadkomma en fukthalt i jämvikt med den omgivande miljön. Denna mekanism inverkar på materialets ursprungliga egenskaper och påverkar det långsiktiga beteendet. Ur ett mekaniskt eller strukturellt perspektiv innebär detta att träet deformeras vid varierande fuktkvot, visar ökade deformationer när det belastas med samtidig mekanisk belastning och klimatbelastning, samt utvecklar ytsprickor och/eller inre sprickor när det exponeras för kraftig uttorkning.

Detta doktorandprojekt fokuserar på utvecklingen av en tredimensionell numerisk modell i finit element-programvaran Abaqus för att kunna analysera fukttransport och spänningsutveckling i träbalkar, med hänsyn tagen till materialets ortotropa egenskaper. För att skapa flexibilitet och utnyttja FE-programmets beräkningsfördelar utvecklas ändamålsenliga användarrutiner. Användarrutinerna UMATHT och FILM omfattar teorin för den icke-linjära, transienta fukttransporten med ett icke-linjärt Neumann-randvillkor. Materialrutinen UMAT beskriver fuktinducerad deformation och fukt- och temperaturberoende hygro-mekaniska parametrar, medan ORIENT inkluderar den ortotropa materialorienteringen.

Den numeriska analysen kan beskriva fukttransporten och den viskoelastiska hygro-mekaniska responsen hos trä på makroskopisk nivå och används i flera applikationer. För att kalibrera eller validera modellen används experimentella arbeten från litteraturkällor eller självutförda tester. Modellen används för att simulera träbalkar som torkats från grönt tillstånd till en jämviktsfuktkvot för fyra olika konfigurationer av årsringsorientering i tvärsnittet. Vidare simuleras mindre balkar som utsätts för en mekanisk belastning och för en samtidig belastning i form av förändringar i relativ fuktighet, samt träbjälkar belastade med mekanisk belastning och exponerade för ett naturligt varierande klimat.