RU2523033C2 - Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood - Google Patents

Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood Download PDF

Info

Publication number
RU2523033C2
RU2523033C2 RU2012110850/15A RU2012110850A RU2523033C2 RU 2523033 C2 RU2523033 C2 RU 2523033C2 RU 2012110850/15 A RU2012110850/15 A RU 2012110850/15A RU 2012110850 A RU2012110850 A RU 2012110850A RU 2523033 C2 RU2523033 C2 RU 2523033C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
wood
resonance parameters
dendro
standing wood
Prior art date
Application number
RU2012110850/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012110850A (en
Inventor
Владимир Ильич Федюков
Екатерина Юрьевна Салдаева
Евгений Александрович Васенев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет
Priority to RU2012110850/15A priority Critical patent/RU2523033C2/en
Publication of RU2012110850A publication Critical patent/RU2012110850A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2523033C2 publication Critical patent/RU2523033C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention refers to timber industry and is intended for early determination of resonance parameters of standing wood. Sample is fixated with 1.0 Nm torque through general-purpose rubber band of 50-60 conditional units hardness, applied in contact area of cam lock, with 1.0-2.0 mm process clearance 1.0 between band ends.
EFFECT: fast and precise determination of resonance parameters in timber.
4 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области раннего выявления резонансных свойств древесины на корню для дальнейшего ее целевого выращивания в целях получения высококачественного лесоматериала, для изготовления основной звукоизлучающей детали музыкальных инструментов - деки.The invention relates to the field of early detection of the resonant properties of standing wood for its further target cultivation in order to obtain high-quality timber, for the manufacture of the main sound-emitting part of musical instruments - decks.

Понятие «резонансная древесина» является комплексным и характеризуется акустической константой излучения звука К, впервые сформулированной акад. Н.Н. Андреевым как производная от динамического модуля Юнга Един и плотности материала ρ в следующем соотношении:The concept of “resonant wood” is complex and is characterized by the acoustic sound emission constant K, first formulated by Acad. N.N. Andreev as a derivative of the dynamic Young's modulus Е din and material density ρ in the following ratio:

K = E д и н ρ 3 ( 1 )

Figure 00000001
K = E d and n ρ 3 ( one )
Figure 00000001

Пороговым значением для категории резонансной древесины является К≥12 м4/кг·с.The threshold value for the category of resonant wood is K≥12 m 4 / kg · s.

Определение плотности древесины ρ производится общепринятыми способами согласно ГОСТ 16483.1 «Древесина. Метод определения плотности» и не представляет больших технических трудностей.Determination of wood density ρ is carried out by generally accepted methods according to GOST 16483.1 “Wood. The method of determining the density "and does not present great technical difficulties.

Более сложным процессом является определение показателя Един, хотя для этого имеются несколько способов, а основным является установленный по ГОСТ 16483.31 «Древесина. Резонансный метод определения модулей упругости и сдвига и декремента колебаний».A more complex process is the determination of the indicator E din , although there are several ways to do this, and the main one is “Wood. Established in accordance with GOST 16483.31 Resonance method for determining the moduli of elasticity and shear and decrement of vibrations. "

Сущность метода заключается в возбуждении у образца со свободными концами продольных колебаний основной гармоники и изгибных колебаний второго обертона. Модуль упругости (EW) образцов с влажностью W в момент испытания определяют по частотам резонансных колебаний с точностью до 25 МПа согласно формулеThe essence of the method lies in the excitation of a sample with free ends of longitudinal vibrations of the fundamental harmonic and bending vibrations of the second overtone. The elastic modulus (E W ) of samples with humidity W at the time of testing is determined by the frequencies of the resonant vibrations with an accuracy of 25 MPa according to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где b, h, l - соответственно ширина, высота и длина образца, м (см);where b, h, l - respectively, the width, height and length of the sample, m (cm);

m - масса образца без пластинок, кг;m is the mass of the sample without plates, kg;

fпр - резонансная частота продольных колебаний основной гармоники образца, Гц;f CR - the resonant frequency of longitudinal vibrations of the fundamental harmonic of the sample, Hz;

β - поправка на массу прикрепленных пластинок, равная отношению массы образца с пластинками к массе образца без пластинок и рассчитываемая с погрешностью не более 0,5·10-2.β - correction for the mass of the attached plates, equal to the ratio of the mass of the sample with the plates to the mass of the sample without plates and calculated with an error of not more than 0.5 · 10 -2 .

Недостатком данного способа является то, что он основан на возбуждении и анализе продольных вибраций, для чего потребуются обязательная рубка дерева, отбор материала и изготовление стандартных образцов в виде реек размерами 20×20×300 мм согласно ГОСТ 16483.21. Следовательно, способ помимо большой трудоемкости, сложности и низкой производительности в принципе не может быть применим для неразрушающей диагностики акустического качества древесины на корню.The disadvantage of this method is that it is based on the excitation and analysis of longitudinal vibrations, which will require mandatory felling of the tree, the selection of material and the production of standard samples in the form of racks with dimensions of 20 × 20 × 300 mm according to GOST 16483.21. Therefore, the method, in addition to the high complexity, complexity and low productivity, in principle, cannot be applicable for non-destructive diagnostics of the acoustic quality of standing wood.

Известен метод звукового резонанса, конкретнее частотно-амплитудный метод, который является наиболее удобным и точным для определения Един на малых образцах древесины (Х. Линдстрем, П. Харрис, Р. Накада. Методы измерения жесткости молодых деревьев (Lindstrom, H.; Harris, P.; Nakada, R. 2002: Methods for measuring stiffness of young trees. Holz als Roh-und Werkstoff 60: 165-167).The known method of sound resonance, more specifically the frequency-amplitude method, which is the most convenient and accurate for determining E din on small wood samples (H. Lindstrom, P. Harris, R. Nakada. Methods for measuring the stiffness of young trees (Lindstrom, H .; Harris , P .; Nakada, R. 2002: Methods for measuring stiffness of young trees. Holz als Roh-und Werkstoff 60: 165-167).

Метод основан на выявлении собственной (резонансной) частоты образца, f, и определении Един с учетом его длины, толщины (радиуса), а также плотности материала.The method is based on the identification of the natural (resonant) frequency of the sample, f, and the determination of E din taking into account its length, thickness (radius), and also the density of the material.

Для практической реализации метода звукового резонанса имеются специальные технические средства - акустические анализаторы, которые позволяют создавать электромагнитное поле с помощью громкоговорителя (либо обычного, либо пьезокерамического), соответствующего весу (т.е. плотности) и участку поперечного сечения образца, одновременно обнаруживая и фиксируя результирующую вибрацию внутри образца. Спектральные характеристики образца определяются напрямую от резонансных режимов.For the practical implementation of the sound resonance method, there are special technical means - acoustic analyzers, which allow you to create an electromagnetic field using a loudspeaker (either ordinary or piezoceramic), corresponding to the weight (i.e. density) and the cross-sectional area of the sample, while detecting and fixing the resulting vibration inside the sample. The spectral characteristics of the sample are determined directly from the resonance modes.

Недостатком способа является то, что он основан также на возбуждении и анализе продольных вибраций относительно волокон древесины, а для акустического анализа требуется изготовление цилиндрических образцов путем их выпиливания из стволовой части дерева по междоузлиям, что лишает возможности диагностировать подрост на корню сохранением его жизнеспособности.The disadvantage of this method is that it is also based on the excitation and analysis of longitudinal vibrations with respect to the wood fibers, and for acoustic analysis it is necessary to produce cylindrical samples by sawing them from the stem of the tree at the internodes, which makes it impossible to diagnose the undergrowth while maintaining its viability.

Главный недостаток: этот способ позволяет выявить только один показатель древесины, динамический модуль упругости, а резонансные свойства при этом вообще не определяются.The main disadvantage: this method allows you to identify only one indicator of wood, the dynamic modulus of elasticity, and the resonance properties are not determined at all.

Прототипом является способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню, преимущественно подроста путем определения дендроакустических свойств исследуемого образца в виде черенка длиной 50-65 мм, взятого у подроста с южной стороны от середины боковых веток, исключая последние трехлетние приросты; резонансным способом определяют собственную частоту колебаний отобранных черенков, а посредством персонального компьютера с полнодуплексной звуковой платой в автоматическом режиме получают частотно-амплитудную гистограмму с дальнейшим ее идентифицированием с ранее полученной эталонной гистограммой с учетом плотности и фактической толщины черенка; по результатам идентифицирования с заданной степенью вероятности не ниже 0,95 определяют резонансные свойства подроста (Патент №2439561, авторы: Федюков В.И, Салдаева Е.Ю, Васенев А.Л. «Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню»).The prototype is a method for early diagnosis of the resonance properties of standing wood, mainly undergrowth, by determining the dendroacoustic properties of the test sample in the form of a stalk 50-65 mm long taken from the undergrowth on the south side from the middle of the side branches, excluding the last three-year growths; the resonance method determines the natural vibration frequency of the selected cuttings, and using a personal computer with a full-duplex sound card in automatic mode, a frequency-amplitude histogram is obtained with its further identification with the previously obtained reference histogram taking into account the density and actual thickness of the handle; according to the results of identification with a given degree of probability of not less than 0.95, the resonance properties of the undergrowth are determined (Patent No. 2439561, authors: Fedyukov V.I., Saldaeva E.Yu., Vasenev A.L. “Method for early diagnosis of the resonant properties of standing wood”).

Недостатком известного способа является то, что при существующем методе консольного типа крепления с тремя прижимными кулачками испытуемый образец древесины из молодых побегов с мягкой тканью, к тому же, не всегда округлой формы, зажимается неравномерно по своей окружной поверхности и, главное, из-за отсутствия фиксатора нагрузки на зажимное устройство при его закручивании практически невозможно установить необходимую силу зажима, при которой достигалась бы стабильность частотно-амплитудных показателей, поэтому в повторных измерениях даже одного и того же образца наблюдается большая вариация значений (Табл.1).The disadvantage of this method is that with the existing method of cantilever type of fastening with three clamping cams, the test wood sample from young shoots with a soft cloth, moreover, not always rounded, is clamped unevenly on its circumferential surface and, most importantly, due to the lack of the clamp of the load on the clamping device when it is twisted, it is almost impossible to establish the necessary clamping force at which the stability of the frequency-amplitude indicators would be achieved, therefore, in repeated measurements x even of the same sample there is a large variation in the values (Table 1).

Табл. 1Tab. one Частота колебаний одного и того же образца при повторных испытаниях без фиксатора нагрузки, ГцThe oscillation frequency of the same sample during repeated tests without a load clamp, Hz 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 117117 117117 116116 108108 117117 117117 108108 117117 117117 108108

Технический результат - повышение точности измерений для ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню.The technical result is an increase in measurement accuracy for early diagnosis of the resonant properties of standing wood.

Технический результат достигается тем, что способ фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, заключающийся в том, что образец зафиксирован в фиксирующем устройстве с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором между концами ленты 1,0-2,0 мм.The technical result is achieved by the fact that the method of fixing the sample during dendroacoustic tests for early detection of the resonant properties of standing wood, which consists in the fact that the sample is fixed in a fixing device with a tightening force of 1.0 Nm through a tape of general purpose rubber with a hardness in the range of 50-60 conventional units, laid in the contact zone of the jaws of the clamp, with a technical gap between the ends of the tape of 1.0-2.0 mm.

Пример фиксации образца поясняется чертежами.An example of fixing the sample is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен общий вид установки, на фиг.2 представлена консоль для фиксации образца, на фиг.3 представлен поперечный срез консоли, на фиг.4 представлено изображение ленты из резиныFigure 1 shows a General view of the installation, figure 2 shows the console for fixing the sample, figure 3 shows a cross section of the console, figure 4 shows the image of a tape made of rubber

На один конец испытуемого образца (1) в виде черенка длиной 50-65 мм устанавливается слой ленты (2) из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц по ГОСТ 263-75; во избежание образования «гармошки» при зажиме ленты ее длину l подбирают так, чтобы оставался технический зазор Δ (3) между концами ленты величиной 1,0-2,0 мм, а сам зазор устанавливается между кулачками зажима (4), при этом минимальный показатель зазора устанавливается при измерении черенков с малым диаметром в пределах 4,0 мм, а максимальный - при d, равном 4,0-8,0 мм; для определения длины ленты пользуются следующей рабочей формулой:On one end of the test sample (1) in the form of a handle 50-65 mm long, a layer of tape (2) is made of general-purpose rubber with a hardness within 50-60 conventional units according to GOST 263-75; in order to avoid the formation of an "accordion" when clamping the tape, its length l is selected so that a technical gap Δ (3) between the ends of the tape of 1.0-2.0 mm remains, and the gap itself is set between the clamping cams (4), while the minimum the clearance value is set when measuring cuttings with a small diameter in the range of 4.0 mm, and the maximum - with d equal to 4.0-8.0 mm; to determine the length of the tape use the following working formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Толщина ленты в пределах 1,0-1,5 мм, ее ширина соответствует глубине гнезда консоли, куда вертикально вставляется черенок и равномерно по всей его окружности сжимается с помощью фиксирующего устройства и, ориентируясь по показаниям динамометрического ключа, строго на определенную величину усилия затяжки, равную 1,0 Нм.The thickness of the tape is in the range of 1.0-1.5 mm, its width corresponds to the depth of the console socket, where the handle is vertically inserted and squeezed uniformly around its circumference with the help of a fixing device and, guided by the readings of the torque wrench, strictly on a certain amount of tightening force, equal to 1.0 Nm.

Так как резиновый фиксатор частично поглощает колебания и, соответственно, понижает собственную частоту образца, полученные благодаря фиксирующему устройству стабильные результаты измерений умножаются на поправочный коэффициент 1,08 и получают истинное значение частоты колебаний испытуемого образца древесины (табл.2).Since the rubber retainer partially absorbs vibrations and, accordingly, reduces the natural frequency of the sample, stable measurement results obtained by the fixing device are multiplied by a correction factor of 1.08 and the true value of the vibration frequency of the tested wood sample is obtained (Table 2).

Табл. 2Tab. 2 Частота колебаний одного и того же образца при повторных испытаниях с устройством для фиксации, ГцThe oscillation frequency of the same sample during repeated tests with a fixation device, Hz 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 Частота измеренная с фиксаторомFrequency measured with lock 108108 108108 108108 108108 108108 108108 108108 108108 108108 108108 Частота, с учетом поправочного коэффициентаFrequency, taking into account the correction factor 117117 117117 117117 117117 117117 117117 117117 117117 117117 117117

Claims (1)

Способ фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, заключающийся в том, что образец зафиксирован в фиксирующем устройстве с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором между концами ленты 1,0-2,0 мм. The method of fixing the sample during dendroacoustic tests for early detection of the resonance properties of standing wood, which consists in the fact that the sample is fixed in a fixing device with a tightening force of 1.0 Nm through a general-purpose rubber tape with hardness in the range of 50-60 conventional units, laid in the zone contacts of the jaws of the clamp, with a technical gap between the ends of the tape of 1.0-2.0 mm
RU2012110850/15A 2012-03-21 2012-03-21 Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood RU2523033C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110850/15A RU2523033C2 (en) 2012-03-21 2012-03-21 Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110850/15A RU2523033C2 (en) 2012-03-21 2012-03-21 Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012110850A RU2012110850A (en) 2013-09-27
RU2523033C2 true RU2523033C2 (en) 2014-07-20

Family

ID=49253688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012110850/15A RU2523033C2 (en) 2012-03-21 2012-03-21 Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2523033C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2130611C1 (en) * 1997-05-28 1999-05-20 Марийский государственный технический университет Process diagnosing resonance properties of wood and device for its implementation
JP2001289828A (en) * 2000-04-06 2001-10-19 Ibiden Co Ltd Class discriminating device for timber
RU2439561C2 (en) * 2009-03-26 2012-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет Method for early detection of resonance properties of standing wood

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2130611C1 (en) * 1997-05-28 1999-05-20 Марийский государственный технический университет Process diagnosing resonance properties of wood and device for its implementation
JP2001289828A (en) * 2000-04-06 2001-10-19 Ibiden Co Ltd Class discriminating device for timber
RU2439561C2 (en) * 2009-03-26 2012-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет Method for early detection of resonance properties of standing wood

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФЕДЮКОВ В.И. Ель резонансная. Отбор на корню, выращивание, сертификация. Йошкар-Ола, 1998, с.71-81. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012110850A (en) 2013-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ilic Dynamic MOE of 55 species using small wood beams
Hassan et al. Evaluation of Stiffness and Strength of Scots Pine Wood Using Resonance Frequency and Ultrasonic Techniques.
Evans et al. Rapid prediction of wood stiffness from microfibril angle and density.
Dackermann et al. A comparative study of using static and ultrasonic material testing methods to determine the anisotropic material properties of wood
US20060185441A1 (en) System for and method of performing evaluation techniques on a log or round timber
Kránitz et al. Determination of dynamic elastic moduli and shear moduli of aged wood by means of ultrasonic devices
EP1707955A3 (en) Methods for determining velocity of a stress wave within a material and homogeneity of properties within the material
Íñiguez-González et al. Reference conditions and modification factors for the standardization of nondestructive variables used in the evaluation of existing timber structures
AU2002242023A1 (en) System for and method of performing evaluation techniques on a log or round timber
Roohnia et al. Elastic parameters of poplar wood with end-cracks
Kazemi-Najafi et al. Internal decay assessment in standing beech trees using ultrasonic velocity measurement
CN110031281B (en) Method for determining steel type
RU2523033C2 (en) Device for sample fixation during dendro-acoustic tests for early determination of resonance parameters of standing wood
RU2439561C2 (en) Method for early detection of resonance properties of standing wood
Straže et al. Structural and acoustic properties of African padouk (Pterocarpus soyauxii) wood for xylophones
Roohnia et al. Dynamic methods to evaluate the shear modulus of wood
Hein et al. Resonance of scantlings indicates the stiffness even of small specimens of Eucalyptus from plantations
CN116106114A (en) Concrete direct tensile test device and I-type fracture toughness measurement method
Sharma et al. Properties evaluation and defects detection in timbers by ultrasonic non-destructive technique
RU2323428C1 (en) Method for determining the wood static hardness
JP3740547B2 (en) Wood stress wave nondestructive testing method
Kubojima et al. Young’s modulus obtained by flexural vibration test of a wooden beam with inhomogeneity of density
Miao et al. Analysis of wood vibration energy attenuation based on FFT vibration signal
Roohnia et al. Identification of the Severity and Position of a Single Defect in a Wooden Beam
Frampton Acoustic studies for the non-destructive testing of wood.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150322