JP3060053B2 - 製材品の簡易等級区分方法 - Google Patents

製材品の簡易等級区分方法

Info

Publication number
JP3060053B2
JP3060053B2 JP4076320A JP7632092A JP3060053B2 JP 3060053 B2 JP3060053 B2 JP 3060053B2 JP 4076320 A JP4076320 A JP 4076320A JP 7632092 A JP7632092 A JP 7632092A JP 3060053 B2 JP3060053 B2 JP 3060053B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
log
vibration
modulus
lumber
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP4076320A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07103945A (ja
Inventor
志朗 荒武
孝禮 有馬
忠芳 迫田
和郎 持永
国弘 久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miyazaki Prefecture
Original Assignee
Miyazaki Prefecture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miyazaki Prefecture filed Critical Miyazaki Prefecture
Priority to JP4076320A priority Critical patent/JP3060053B2/ja
Publication of JPH07103945A publication Critical patent/JPH07103945A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3060053B2 publication Critical patent/JP3060053B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、丸太の打撃音から得ら
れる共振周波数を用いた製材品の強度及び静的ヤング係
数の等級区分方法に関し、特に丸太の振動が拘束された
状態における3次以上の固有振動数を利用した製材品の
簡易等級区分方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、木材の適正利用をはかるために、
丸太の段階で用途別区分を行うことが歩留まりの向上や
製品の性能保持に不可欠な要素と言われるようになっ
た。これを背景に、数1で求められる丸太の縦振動ヤン
グ係数から、製材品の静的ヤング係数を推定する方法が
検討されている(静岡県集成材工業会:静岡県産スギを
用いた構造用大断面集成材の製造とその強度性能、19
88、p.1〜32,中村昇他3名:第41回日本木材
学会大会要旨集1991、p.100,菱田重寿他3
名:第41回日本木材学会大会要旨集1991、p.9
6)。
【0003】
【数1】 ここで、Et:丸太の縦振動ヤング係数、L:丸太の長
さ、f:丸太の1次固有振動数、ρ:丸太の密度、g:重力
加速度。
【0004】しかし、この方法では、丸太の1次固有振
動数を用いる必要があるため、振動を拘束しないよう
に、図2に示すように丸太の基本振動の節の部分を支え
なければならない。しかも、重量、直径、及び材長の測
定も必要なことから、かなり大変な作業である。一方、
現場では測定項目を減らしたいときや、それほど精度を
要求しない区分もありうるとの考えから、丸太の寸法、
重量、及び乾燥状態がある範囲内にあるときには、1次
固有振動数のみからでも一定の精度で静的曲げヤング係
数を推定できることを実験的に明らかにした例がある
(有馬孝禮他4名:「材料」第39巻、第444号、1
990、p.44〜50,丸山則議、有馬孝禮:昭和6
2年度日本建築学会関東支部研究報告集p.349〜3
52)。この方法によれば、Etから製材品の静的ヤン
グ係数を推定する方法に比べて若干推定精度が劣るもの
の、測定項目が大幅に削減されるため、極めて簡易にな
る。ただし、丸太の1次固有振動数を用いる点では上述
の方法と同様である。したがって、同固有振動数を正確
に計測するために、図2に示すように丸太を中央支持、
または両端支持し、いずれも支持物にクッション材を用
いる方法、あるいは運搬する際にフォークリフト上で計
測する方法、その他ホイストで吊り下げる等の方法等で
丸太の基本振動を拘束しないように細心の注意を払う必
要がある。この場合、丸太の重量は重いものでは300
kgを越えるものもあることから、作業は大変であり、
労力や時間は多大なものとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記技術の
問題点に鑑み、重量、直径及び材長の測定のみならず、
前述したような振動を拘束しないための全ての作業を必
要とせず、あらゆる振動拘束の条件下において、丸太の
打撃音から得られる共振周波数のみから製材品の強度及
び静的ヤング係数を推定し、製材品を簡易に等級区分す
る方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、丸太の一端面をハンマー等で打撃(2)
し、他端面に置いたマイクロフォン(3)で縦振動音を
キャッチしたうえ、FFTスペクトルアナライザ(4)
によって周波数分析し、それによって得られる共振周波
数のうち3次以上の固有振動数を用いることにより、丸
太から製材された後の製材品の強度及び静的ヤング係数
を等級区分することによって達成される。本発明は、伐
採後の丸太で玉切り後地面に放置され、あるいは図1に
示す原木市場における椪積み状態の丸太(1)等のよう
に、丸太の基本振動が拘束された条件下において特に有
効である。
【0007】製材後の強度及び静的ヤング係数の推定の
対象となる丸太の条件については、樹種は問わないが、
出来るだけ通直であることが望ましい。また、固有振動
数は、特に材の長さに依存するため、例えば同時に3m
材と4m材を等級区分する場合、それぞれの固有振動数
と強度及び静的ヤング係数との関係が全く異なることに
注意する必要がある。つまり、丸太の製材後の強度及び
静的ヤング係数を等級区分する場合には、予め、丸太の
長さ別の等級区分表を作成しておく必要がある。
【0008】丸太の縦振動を励起するための道具は、金
槌、木槌、その他一定レベルの縦振動音を生じさせるこ
とが出来るものであれば何でも良い。また、打撃の強弱
は、周波数カウンタのトリガ回路が作動するレベルであ
れば良いので、同レベルの設定に合わせて軽く打撃す
る。この場合、丸太の縦振動を励起するために、打撃す
る位置は必ず丸太の木口面であることが必要であり、他
の面(丸太の角や側面)を打撃すると正確な周波数スペ
クトルを得ることは出来ない。また、他端面(出来るだ
け他端面であることが望ましいが場合によっては同端面
でも良い)に置いたマイクロフォンによりこの縦振動音
をキャッチしたうえ、FFTスペクトルアナライザによ
って周波数分析し、表示された周波数スペクトル上でカ
ーソルを移動する等の方法により、容易に1次ないし6
次程度の固有振動数を得ることが出来る。
【0009】本発明においては、図3に示すように、3
次以上の固有振動数では振動の拘束の影響を殆ど受けな
いことを発見した。したがって、丸太の3次以上の固有
振動数を用いれば、伐採された後、山の斜面に放置され
た状態、または運搬中のトラックや原木市場等で椪積み
の状態のままでも、高精度に固有振動数を計測すること
が出来る。
【0010】いずれの非破壊パラメータも同様である
が、丸太の3次以上の固有振動数から強度や静的ヤング
係数を推定し、等級区分する場合には、一定の信頼水準
を得られるサンプル数について予め強度試験を実施し、
その結果から得られた強度及び静的ヤング係数と、予め
製材前に測定した丸太の3次以上の固有振動数との間の
回帰直線を求め、さらにそれを基にして同固有振動数に
対応するランク別の強度または静的ヤング係数最低値を
保証するために、各ランクについて統計的手法により下
限5%信頼限界値を求める必要がある。この値を基準に
して、強度または静的ヤング係数のランク間の格差が一
定以上得られるように区分数を決定し、その後はそれに
従って製材品の簡易等級区分を行えば良い。
【0011】
【実施例】丸太の1次〜4次固有振動数に対する振動拘
束の影響を調べた例を以下に示す。なお、実験に使用し
たFFTスペクトルアナライザ(4、9)は、株式会社
エー・アンド・デイのAD−3525(他社製でもかまわ
ない)で、供試丸太は宮崎県高岡町産スギ27本、宮崎
県串間市産スギ3本(末口径24.5〜27.5cm、長
さ400cm)である。
【0012】図3に、振動を拘束された場合における丸
太(1)の1次〜4次固有振動数(Fc1〜Fc4)
と、振動を拘束しないように丸太の基本振動の節の部分
を支えた場合(5)における1次〜4次固有振動数(F
1〜F4)との関係を示す。同図から、両者の相関は、
振動次数が高くなるほど高くなり、特に3次、4次固有
振動数では、振動を拘束された場合と拘束されない場合
がほぼ同一の値を示していることが分かる。
【0013】したがって、振動が拘束された状態の丸太
であっても、3次以上の高次固有振動数を用いることに
より、製材後の製材品の強度及び静的ヤング係数を予測
することが可能と考えられる。
【0014】上記の結果を踏まえて、振動を拘束された
丸太の4次固有振動数を非破壊パラメータとして採用
し、製材品の曲げ強度と静的曲げヤング係数を推定した
例を以下に詳しく説明する。
【0015】前述したように、非破壊的に測定できるパ
ラメータから強度やヤング係数を推定し、等級区分する
場合には、それらの間の回帰直線を求める必要がある。
そこで、振動を拘束された丸太の4次固有振動数と製材
品の曲げ強度及び静的曲げヤング係数との間の回帰直線
を求め、それらの間の相関性を確認する。なお、製材寸
法は幅21cm、厚さ3.6cm、長さ200cmであ
る。
【0016】図4に振動を拘束された丸太の4次固有振
動数(Fc4)と、同丸太から製材された製材品の丸太
別平均曲げ強度(MORaverage)との関係を示す。同図
において、Fc4とMORaverageとの関係は、危険率1
%で高い相関を得ている。また、図5に振動を拘束しな
いように丸太の基本振動の節の部分を支える方法で測定
した1次固有振動数(F1)と、MORaverageとの関係
を示す。図4と図5の傾向は非常に良く近似しており、
それぞれの図中の相関係数から、Fc4はF1に匹敵す
るMORaverageの推定指標であることが分かる。
【0017】図6にFc4と、同丸太から製材された製
材品の丸太別平均静的曲げヤング係数(MOEaverag
e)との関係を示す。同図において、Fc4とMOEave
rageとの関係は、危険率1%で高い相関を得ている。ま
た、図7にF1とMOEaverageとの関係を示す。図6と
図7の傾向は、非常に良く近似しており、それぞれの図中
の相関係数から、Fc4はF1に匹敵するMOEaverage
の推定指標であることが分かる。
【0018】以上の結果から、Fc4を用いて製材品の
曲げ強度や静的曲げヤング係数を推定することは有効と
判断される。そこで、Fc4を非破壊パラメータとし
て、製材品の曲げ強度及び静的曲げヤング係数の等級区
分を実施した例を以下に示す。
【0019】前述したように、木材の強度性能値に対し
て等級区分を行う場合、いくつかのランクに分けられた
非破壊パラメータ(ここではFc4)に対応するランク
別の強度性能最低値を保証するために、各ランクについ
て統計的手法により下限5%信頼限界値を求める必要が
ある。そこで、Fc4を6つのランクに分けて、数2に
より各ランク別の曲げ強度と静的曲げヤング係数の下限
5%信頼限界値を算出し、その結果から等級区分を実施
した例を表1及び表2に示す。
【0020】
【数2】 ここで、xi:Fc4、Yi:Fc4に対応する個々の曲げ強
度または静的曲げヤング係数の下限5%信頼限界値、x:
Fc4の平均値、n:サンプル数、Ve:誤差分散。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表1及び表2から、曲げ強度及び静的曲げ
ヤング係数の下限5%信頼限界値(表中ではそれぞれM
OR下限値、MOE下限値と記した)は、各ランク間で
非常に明確な差を示している。したがって、非破壊パラ
メータとしてFc4を採用し、曲げ強度と静的曲げヤン
グ係数を等級区分する場合、少なくとも6等級程度には
区分出来るものと判断される。
【0024】
【発明の効果】このように本発明によれば、伐採後の丸
太で玉切り後地面に放置され、あるいは原木市場等にお
ける椪積み状態等のように振動を拘束された状態、すな
わち丸太の基本振動の節及び腹の位置が拘束されたあら
ゆる条件下であっても、丸太の縦振動音を周波数分析す
ることによって得られる共振周波数のうち、少なくとも
3次の固有振動数を採用することにより、製材された後
の製材品の強度及び静的ヤング係数を予測することが可
能である。この場合、測定の際に丸太の基本振動の節の
部分を支える必要がないため、丸太を一本ずつ運び出す
作業や丸太の下にクッション材を敷く作業などが不要と
なり、作業に要する労力や時間が大幅に軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】振動を拘束された状態での縦振動音による丸太
の固有振動数の測定方法を示す斜視図である。
【図2】振動を拘束しないように、基本振動の節の部分
を支えた状態での縦振動音による丸太の固有振動数の測
定方法を示す斜視図である。
【図3】振動を拘束された丸太の1次〜4次固有振動数
(Fc1〜Fc4)と、振動を拘束しないように丸太の
基本振動の節の部分を支えた状態における1次〜4次固
有振動数(F1〜F4)との関係である。
【図4】Fc4と同丸太から製材された製材品(幅21c
m、厚さ3.6cm、長さ200cm)の丸太別平均曲げ強度
(MORaverage)との関係である。
【図5】F1とMORaverageとの関係である。
【図6】Fc4と同丸太から製材された製材品の丸太別
平均静的曲げヤング係数(MOEaverage)との関係で
ある。
【図7】F1とMOEaverageとの関係である。
【符号の説明】
1、5 丸太 2、6 ハンマー 3、7 マイクロフォン 8、クッション材(ゴム、自動車のタイヤなど) 4、9 FFTスペクトルアナライザ
フロントページの続き (72)発明者 持永 和郎 宮崎県都城市上東町16街区1号 (72)発明者 久保 国弘 宮崎県都城市早鈴町11街区17号 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 丸太の一端面をハンマーなどで打撃
    (2)し、他端面に置いたマイクロフォン(3)で縦振
    動音をキャッチしたうえ、FFT(Fast FourierTransf
    ormation)スペクトルアナライザ(4)によって周波数
    分析し、それによって得られる共振周波数のうち3次以
    上の固有振動数を用いることにより、丸太から製材され
    た後の製材品の強度及び静的ヤング係数を等級区分する
    ことを特徴とする製材品の簡易等級区分方法。
JP4076320A 1992-02-26 1992-02-26 製材品の簡易等級区分方法 Expired - Fee Related JP3060053B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4076320A JP3060053B2 (ja) 1992-02-26 1992-02-26 製材品の簡易等級区分方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4076320A JP3060053B2 (ja) 1992-02-26 1992-02-26 製材品の簡易等級区分方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07103945A JPH07103945A (ja) 1995-04-21
JP3060053B2 true JP3060053B2 (ja) 2000-07-04

Family

ID=13602077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4076320A Expired - Fee Related JP3060053B2 (ja) 1992-02-26 1992-02-26 製材品の簡易等級区分方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3060053B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6026689A (en) * 1998-02-25 2000-02-22 Weyerhaeuser Company Log cutting optimization system
NZ333434A (en) * 1998-12-17 1999-10-28 Carter Holt Harvey Ltd Determining log length by passing ultrasonic signal through log, and using length information to determining cut positions
US6813927B1 (en) 1999-07-30 2004-11-09 Carter Holt Harvey Limited Log testing apparatus
NZ503953A (en) * 2000-04-12 2002-12-20 Carter Holt Harvey Ltd Apparatus and method for estimating timber stiffness profiles of a log by determining the density profile of a cant
JP4669928B2 (ja) * 2007-07-10 2011-04-13 島根県 樹幹内診断方法及び装置
JP5399977B2 (ja) * 2010-05-20 2014-01-29 内外工業株式会社 集成材強度測定方法
CN105181815B (zh) * 2015-10-21 2017-11-14 北京工业大学 一种用于检测古建筑木构件缺陷的应力波传感器定位装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07103945A (ja) 1995-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baar et al. Prediction of mechanical properties-modulus of rupture and modulus of elasticity-of five tropical species by nondestructive methods
US6305224B1 (en) Method for determining warp potential in wood
US6889551B2 (en) Method of estimating timber stiffness profiles
US6308571B1 (en) Method for determining crook potential in wood
AU2005201049B2 (en) Methods for quantitatively determining lengthwise shrinkage in wood products
JP2002511921A (ja) 非破壊分類のための方法および装置
Divos et al. Determination of shear modulus on construction size timber
Montero et al. Influence of moisture content on the wave velocity to estimate the mechanical properties of large cross-section pieces for structural use of Scots pine from Spain
US7066007B2 (en) Systems and methods for predicting the bending stiffness of wood products
JP3060053B2 (ja) 製材品の簡易等級区分方法
Steiger et al. Strength grading of Norway spruce structural timber: revisiting property relationships used in EN 338 classification system
AU2001252798A1 (en) A method of estimating timber stiffness profiles
Ono et al. Anisotropy of dynamic Young's modulus and internal friction in wood
Arriaga et al. Prediction of the mechanical properties of timber members in existing structures using the dynamic modulus of elasticity and visual grading parameters
Mirbolouk et al. Evaluation of dynamic modulus of elasticity of medium density fiberboard panel from longitudinal vibration tests on specimens
Sobue et al. Identification of defect position in a wooden beam from the power spectrum of longitudinal vibration
Cho Comparison of three methods for determining Young’s modulus of wood
Wang et al. Research progress on dynamic testing methods of wood shear modulus: a review
Murata et al. Determination of Young's modulus and shear modulus by means of deflection curves for wood beams obtained in static bending tests
GIACCU et al. Dynamic determination of the modulus of elasticity of maritime pine cross-laminated panels using vibration methods
Faircloth et al. Experimental modal analysis of appropriate boundary conditions for the evaluation of cross-laminated timber panels for an in-line approach
Roohnia et al. Dynamic methods to evaluate the shear modulus of wood
Görgün et al. Strength grading of turkish black pine structural timber by visual evaluation and nondestructive testing
Morison et al. Timber bridge evaluation: a global nondestructive approach using impact generated FRFs
Yoshihara et al. Young’s modulus and shear modulus of open-hole spruce measured by vibration tests

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees