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Essais sur bois

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Le bois est un matériau omniprésent qui a été utilisé dans la construction des premiers temps. Renouvelable et durable, de bois est un matériau de structure largement utilisé en ingénierie pour la construction d’habitations unifamiliales et aussi pour les partitions de cadrage et autres éléments non structurés dans les bâtiments commerciaux et industriels.

En raison de son origine naturelle, le bois a des propriétés mécaniques liées à chaque espèce d’arbre. La teneur en eau et autres variables, par exemple, la présence de défauts. Pour une application spécifique, un concepteur doit examiner attentivement les charges prévues sur une membre de bois ou de la structure afin d’assurer une efficacité maximale du matériau.

Cette vidéo illustre comment tester les propriétés mécaniques des différents types de bois et de déterminer leur comportement contrainte-déformation et les performances de résistance.

Bois est composé des cellules tubulaires allongées, rondes ou rectangulaires qui sont beaucoup plus longs que larges. Dans le mur il y a plusieurs couches de microfibrilles, qui sont des faisceaux de polymères de cellulose.

Chaînes de microfibrilles sont alignés dans des directions distinctes à l’intérieur des couches de murs. Le mur central avec ses chaînes alignées le long de la dimension la plus longue de la cellule fournit l’essentiel de la force de la cellule, alors que les chaînes de diagonale les murs intérieurs et extérieurs offrent une stabilité. La lignine lie entre elles les polymères de cellulose ainsi que les chaînes de microfibrilles et cellules de murs. L’effet au groupement de plusieurs cellules ensemble résulte en un matériau de construction très robuste.

Bois est un matériau biologique et, ainsi, est très sensible à la dégradation environnementale et attaque de ravageurs. Une grande partie du bois utilisé aujourd'hui est prétraitée avec des produits chimiques pour le protéger de l’environnement et l’attaque des insectes.

Le bois est un matériau hétérogène caractérisé par un grand nombre de défauts tels que, par exemple, les nœuds et les imperfections et se divise. En conséquence, gros coefficients de sécurité ou les rapports de force de conception de résistance à la rupture réelle sont utilisés pour tenir compte des grandes variations dans les propriétés mécaniques des différents morceaux de bois.

En raison de sa composition cellulaire, le bois est un matériau orthotrope, ayant des propriétés différentes le long de la longitudinale et, respectivement, les axes transversaux à l’égard de la direction du grain. En conséquence, le matériau se comporte différemment aux charges parallèles ou perpendiculaires à la fibre de bois. Les propriétés orthotropes du bois peuvent être améliorées par des méthodes différentes.

Stratifiés comme le contreplaqué sont faits de couches avec fibres alignées dans des directions perpendiculaires, résultant en un matériau isotrope. Alternativement, lamellé-collé est constitué de fines bandes de fibres alignées dans la même direction et collées sous pression, sa force dérivant de distribuer des défauts.

La composition cellulaire du bois représente également l’eau libre à l’intérieur des cavités de la cellule et eau liée à la paroi cellulaire. En conséquence, teneur en eau est un paramètre clé dans la détermination de la résistance bois et, en général, la réduction de l’humidité se traduira par une augmentation de force. Volumétriques modifications liées au séchage peuvent entraîner retrait non uniforme et distorsion comme torsion, arc, coupe ou escroc.

Car le bois est un matériau polymère, il est également sujette à ramper ou, sous une charge constante, à la déformation de type visqueux continue. Lorsque la charge est relâchée, la plus grande partie de la déformation est récupéré. En conséquence, bois peut généralement supporter beaucoup contraintes plus élevées si la durée de chargement est courte. Étant donné que tous ces facteurs serait trop complexes pour une utilisation dans la conception de tous les jours, à des fins structurelles, nous utilisons ce qui suit : une analyse statistique de la résistance ultime exempt des valeurs pour de nombreuses espèces, corrections pour l’humidité, et la base de rapports de force sur bois grade pour corriger la force-réduire les effets.

Les propriétés communément données pour la plupart des bois sont publiées sous forme tabulaire pour faciliter la consultation. Ces propriétés sont : contrainte de flexion admissible, parallèle de la tension au grain, cisaillement horizontal, perpendiculaire de compression au grain, compression parallèle au grain et le module d’élasticité. Outre les propriétés spécifiques à l’orientation fondamentales de l’espèce de bois, il devrait être évident que pas tout le bois comporte de la même manière sous charge.

Maintenant que vous comprenez les propriétés physiques du bois et les principes de bois stable, nous allons utiliser ceux-ci pour effectuer quelques tests.

Avant de commencer, choisissez trois variétés de bois à comparer. Pour chaque variété, préparer deux spécimens de cube de compression avec des dimensions de bord nominale de 3,5 pouces. Veiller à ce que les cubes sont exempts de défauts, et leurs surfaces opposées sont parallèles. Marquer un spécimen de chaque variété pour des tests avec un parallèle de la charge appliquée au grain et les autres spécimens d’essai avec une charge appliquée perpendiculairement aux fibres.

Mesurer la hauteur de la direction du chargement de chaque échantillon à l’aide d’un pied à coulisse. Et recommencez la mesure en quelques endroits pour déterminer la moyenne approximative. Lorsque vous avez terminé, utilisez la même procédure pour déterminer les dimensions transversales de chaque spécimen.

Mettre en place l’universel machine d’essai comme indiqué dans les constantes matérielles concernant vidéo de JoVE. Puis, centrer soigneusement un spécimen dans le bon sens sur la plaque de compression. Abaisser le curseur jusqu'à ce qu’une légère charge est appliquée et ensuite utiliser les commandes pour reculer la charge au plus près de zéro que possible.

Maintenant appliquer la force de compression à un taux de charge de 40 lb/po2 par seconde. Le test de compression peut continuer pendant plusieurs minutes lorsque la charge augmente et avec une importante déformation visible dans l’échantillon. Permettre le test continue jusqu'à ce qu’une évidente charge maximale est atteinte.

Enregistrer la charge maximale lorsque le test est terminé et puis répétez la procédure pour les autres spécimens.

Effectuer un autre test de compression et, cette fois, appliquer la force perpendiculaire sur le grain du spécimen. Répétez l’opération pour les autres variétés de bois.

Maintenant préparer quelques spécimens de cardan en utilisant les mêmes trois variétés de bois. Préparer un ensemble d’échantillons avec le grain parallèle à la longueur et une deuxième série du grain du bois perpendiculairement à la longueur.

Effectuer des tests de tension sur tous les six spécimens comme le montre le JoVE vidéo concernant les caractéristiques de contrainte-déformation de l’acier.

Obtenir une hérité environ 24 pouces de long de chaque variété de bois. Installer l’appareil d’essai flexion quatre points sur la machine d’essai universelle. Une fois que l’appareil est prêt, commencez la machine d’essai. Ajuster les paramètres de test pour enregistrer les charges et les valeurs de la crosse, puis capturez la charge maximale. Installer l’échantillon dans l’appareil et déposez la traverse supérieure jusqu'à ce que l’appareil commence juste à faire contact avec les poutres en bois.

Appliquer la charge à un taux de 2 000 livres par minute jusqu'à ce que les faisceau de fractures. Enregistrer la charge de rupture lorsque le test est terminé et puis refaire le test pour les spécimens restants.

Utiliser un tableau pour résumer les résultats de la compression, de tension et essais de flexion. Ensuite, dans chaque colonne, normaliser les données de la valeur maximale et faire une nouvelle table.

Maintenant, jetez un oeil à vos résultats. Comme le montrent régulièrement tous les résultats, le chêne est le bois plus fort, suivie de pin épinette et du Sud. Pour les deux plus importantes propriétés, force et compression flexion parallèle au grain, l’épinette semble être à peu près 87 % environ et le sud pin environ 78 %, aussi solide que le chêne. Étant donné le prix très grand différentiel entre les bois, le pin du Sud comme le moins cher d'entre eux est un choix très efficace.

Test bois est d’une importance primordiale dans l’ingénierie structurelle pour évaluer la capacité des conceptions finales à gérer le stress et la fatigue pendant l’usage courant afin d’assurer la sécurité des produits et le respect des normes internationales.

Dans un essai de flexion quatre points, une poutre simplement appuyée est dotée de deux charges de points égal à son troisième point, résultant en une partie centrale avec moment constant et zéro au cisaillement. Ce test est essentiel pour les systèmes de plancher où les éléments structuraux du bois sont chargés principalement de contraintes de flexion.

Jusqu'à récemment, les structures en bois sont limitaient à trois ou quatre histoires dans un appartement ou un immeuble à bureaux petits. Développements de bois lamellé-Croix ont abouti à l’élaboration de systèmes structurels pouvant atteindre huit ou plusieurs histoires. Tandis que des bâtiments beaucoup plus grands, dans l’ordre de 20 étages, sont toujours en cours d’élaboration.

Vous avez juste regardé Introduction de JoVE aux essais de bois. Vous devez maintenant comprendre les propriétés mécaniques du bois et comment effectuer la résistance à la traction, compression et flexion des tests sur des échantillons de bois.

Merci de regarder !

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