Modelling the elastic properties of softwood

Harrington, J. J.; Astley, R.J.; Booker, R. E.

doi:10.1007/pl00002608

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“…These results are compared with the obtained results by Harrington et al (1998) and Persson (2000), shown in Table 2. This comparison shows a good agreement between the matrices and numerical calculations.…”

Section: Modeling the Tensile Behavior Of Single Wood Tracheidsmentioning

confidence: 68%

“…Following this work, many researchers (Cave 1968(Cave , 1969Schniewind and Barrett 1969;Salmmé n and de Ruvo 1985) developed two-dimensional models based on micromechanical approaches and predicted the longitudinal elastic modulus of a single wood cell as a function of mean microfibril angle (MFA). Later, Navi (1988), Harrington (2002), andPersson (2000) estimated the elastic rigidity of wood cells by using three-dimensional models. Wood multi-scale modeling (Perré 2001) and more advanced micromechanical modeling of the wood cell wall (Bergander and Salmé n 2002) were the other important achievements in this field.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Experimental observations and micromechanical modeling of successive-damaging phenomenon in wood cells’ tensile behavior

Sedighi-Gilani

Navi

2006

Wood Sci Technol

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Single wood cells have complex tensile behavior. To gain insight into this complex functionality, the behavior of single wood tracheids was studied under controlled cyclic tensile loading. The cyclic tensile stress-strain curves show that beyond the yield point the tracheid undergoes permanent deformations and its rigidity increases. As in plasticity elastic (or visco-elastic) unloading takes place and energy is dissipated by permanent deformation. Consequently, single tracheids show a load-history dependent behavior. To understand the intervening mechanism in the process of elasto-plastic response of a wood tracheid, a micromechanical based model was developed. This model permits us to describe the influence of non-uniformity of microfibril angle (MFA) and other defects on the wood cell rigidity and to discuss different scenarios, which may occur during the tensile test. Successive damage of the hemicelluloses and lignin matrix and reduction of MFA as mainly responsible for elasto-plastic response of a wood cell were suggested. It should be noted that this paper is part of the research work which has been reported previously

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Section: Modeling the Tensile Behavior Of Single Wood Tracheidsmentioning

confidence: 68%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Experimental observations and micromechanical modeling of successive-damaging phenomenon in wood cells’ tensile behavior

Sedighi-Gilani

Navi

2006

Wood Sci Technol

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“…Elles montrent clairement la plus forte rigidité des parois secondaires comparativement à celle des lamelles mitoyennes qui apparaissent plus sombres (images 14, 15 et 16). Ces résultats sont conformes aux résultats de la littérature [8].…”

Section: Conclusion Et Perspectivesunclassified

Utilisation de la microscopie acoustique pour l'�tude des propri�t�s locales du bois : �tude pr�liminaire de param�tres exp�rimentaux

et al. 2000

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Résumé -Pour comprendre le comportement macroscopique du bois, il est intéressant de connaître ses propriétés à l'échelle microscopique. Pour cela, diverses techniques d'imagerie nous donnent des informations sur la structure géométrique en deux ou trois dimensions, la composition chimique, la densité ainsi que la présence de réseaux cristallins et leurs orientations. Les propriétés méca-niques sont souvent estimées, soit par des essais sur fibre isolée, soit par modélisation à partir des données de rigidité des différents constituants pris hors contexte cellulaire. Aujourd'hui, seules les techniques de nano-indentation permettent une estimation des propriétés mécaniques locales in situ, en un nombre limité de point de mesure. La microscopie acoustique permet la caractérisation des rigidités au niveau local pour des matériaux à forte rigidité (métaux, verres, céramiques…). L'utilisation de cet outil pour des maté-riaux beaucoup moins rigides comme le bois, nécessite la mise au point d'une procédure expérimentale spécifique. Les essais réalisés sur un microscope acoustique en réflexion ont montré que pour des images à fort grossissement, l'utilisation de coupes minces (≈ 5 µm) après inclusion dans la résine avec respectivement l'eau ou une solution d'iodure de potassium comme liquide de couplage à 600 MHz ou à 1 GHz donnait des résultats permettant d'envisager une analyse des rigidités locales à partir des niveaux de gris de l'image acoustique. microscopie acoustique / rigidité / microstructure / paroi cellulaire / bois Abstract -Possible use of scanning acoustic microscopy to study local wood properties: Preliminary study of experimental conditions. To understand wood macroscopic behaviour, it is useful to know its properties at the microscopic level. For this, several imaging techniques can provide information about the geometrical structure in 2 or 3 dimensions, chemical composition, density, crystal lattice and crystal orientation. Wood mechanical properties are determined either by testing isolated fibre, or trough modelling based on stiffness data of the various cell wall components obtained outside the cellular context. Only nanoindentations methods can be used to estimate in situ mechanical properties on a limited number of sites. On the other hand, this can be done on high stiffness materials (metals, glasses, ceramics…) by using acoustic microscopy. To apply this technique to wood, experimental procedure should be assessed. Trials on a scanning acoustic microscope show that for high resolution images, thin slices (≈ 5 µm) after resin inclusion with water or potassium iodure as coupling liquid respectively at 600 MHz or 1 GHz give good results giving way to quantitative measurement of cell wall stiffness by image analysis. acoustic microscopy / stiffness / microstructure / cell wall / wood Ann. For. Sci. 57 (2000)

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“…Their orientation in the different layers is extensively studied. Recent papers [5,11,19] have confirmed that they played a role in the longitudinal and transverse mechanical or shrinkage properties.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 97%

Predicting oak wood properties using X-ray inspection: representation, homogenisation and localisation. Part I: Digital X-ray imaging and representation by finite elements

Badel¹,

Perré²

2002

Ann. For. Sci.

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-This paper is the first part of a complete modelling where wood is a 2D composite material. It proposes a comprehensive approach to predict the elastic and shrinkage properties of oak wood in the transverse plane from the local properties of the anatomical tissues and the actual morphology of those tissues. Part I is devoted to the methodology of representation. According to oak anatomy, the representative elementary volume used in this work consists of one annual ring limited in the tangential direction by large zones of ray cells. A high-resolution digital X-ray imaging device was built to represent the spatial distribution of tissues directly from cross-sections of wood. A complete image processing, including image segmentation and partitioned boundaries of tissues (ray cells, big vessels, etc.), was developed; which makes it possible to build a finite element mesh from these images. Thanks to the control of mesh refinement, the number of triangular elements is minimized while a good description of the anatomical structure is obtained. Using these F.E. meshes, Part II will present the homogenization principle and a few examples of calculations of the properties. Macroscopic properties (mechanical and shrinkage) and some localization problems are computed and illustrated.wood / anatomy / image / X-ray / finite element mesh Résumé -Utilisation de l'imagerie X pour la prédiction du bois de chêne : représentation, homogénéisation et localisation. Partie I : Imagerie X numérique et représentation par éléments finis. Cet article est la première partie d'une modélisation complète dans laquelle le bois est considéré comme un matériau composite bidirectionnel. Nous proposons une approche déterministe permettant de prédire les propriétés élastiques et de retrait du chêne dans le plan transverse à partir des propriétés locales des tissus qui le composent et de leur distribution spatiale. Cette première partie (Part I) est dédiée aux processus de description du matériau qui permettront ensuite d'effectuer les calculs de prédiction. Le plan ligneux particulier du chêne a conduit à définir un volume élémentaire d'étude composé d'un accroissement annuel délimité dans la direction tangentielle par les gros rayons ligneux. Un dispositif d'imagerie X numérique de hautes résolutions spatiale et quantitative a été développé afin d'accéder au plan d'organisation des tissus. Un processus de segmentation et de description des contours des différentes plages de tissu (rayons ligneux, gros vaisseaux, etc.) a ensuite été mis au point. Il permet d'utiliser l'image obtenue et de créer un maillage par éléments finis représentatif du matériau composite. La flexibilité de la méthode permet d'optimiser le nombre d'éléments triangulaires tout en conservant une description fidèle de la structure naturelle. La seconde partie (Part II) présentera le principe du calcul d'homogénéisation réalisé à partir des maillages précédemment obtenus (Part I). Les calculs des propriétés macroscopiques (mécanique élastique + retrait) du matériau et ...

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Modelling the elastic properties of softwood

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Experimental observations and micromechanical modeling of successive-damaging phenomenon in wood cells’ tensile behavior

Experimental observations and micromechanical modeling of successive-damaging phenomenon in wood cells’ tensile behavior

Utilisation de la microscopie acoustique pour l'�tude des propri�t�s locales du bois : �tude pr�liminaire de param�tres exp�rimentaux

Predicting oak wood properties using X-ray inspection: representation, homogenisation and localisation. Part I: Digital X-ray imaging and representation by finite elements

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