EXPERIMENTY

Spoje v reálné velikosti, tj. v měřítku 1:1 (200x240x6000 mm) byly zhotoveny tesařem Davidem Stejskalem, který se specializuje na tradiční techniky provádění tesařského řemesla. Bylo použito kvalitní smrkové dřevo s jádrem a s menším počtem imperfekcí – suky, točitost vláken (třída dřeva min. C27 dle ČSN EN 338). Vlhkost dřeva byla okolo 18 %. Spoj měl jeden spojovací prostředek – tuhý ocelový kolík s průměrem 40 mm. Byl zkoušen pomocí hydraulických panenek tak, aby bylo dosaženo reálného zatížení v konstrukci.

Při čtyřbodovém ohybu byl spoj umístěný uprostřed trámu mezi působícími silami namáhán čistým ohybem. Při tříbodovém ohybu je zkoušen trám se spojem na kraji nosníku, aby kromě ohybového momentu (malý) byla přítomna i posouvající síla (simulace opravy zhlaví protézou). Rychlost zatěžování byla odvozena z norem (čas pro relaxaci – creepové vlastnosti dřeva), průhyb prvku byl měřen na 5 místech a spoje byly zkoušeny až do porušení. Z výsledků DIC bylo možné vypozorovat řadu specifických jevů, např. uzavírání spoje. Provedená měření odhalila, že touto metodou lze zachytit i velmi malá posunutí spoje na styčných plochách, a potvrdila tak její potenciál až nezbytnost do budoucna.

Mechanické poškození spoje bylo možné pozorovat ve dvou módech. Nejčastěji se jednalo o porušení smykem od tuhého ocelového kolíku směrem k čelu plátu jednou až dvěma hlavními trhlinami v návaznosti na výsušné trhliny. Druhým, méně častým módem, bylo postupné štípání plátu v místě otlačení dosedacích ploch šikmých čel („roztřepení“ čel).

Výsledky destruktivních zkoušek jsou vztaženy k vlhkosti vzorků během měření (okolo 20 %), materiálové hodnoty jsou uvedeny pro vlhkost 12 % (přepočty proběhly dle příslušných norem).

[Show slideshow]

video_celo_4B

NUMERICKÉ MODELOVÁNÍ

Na začátku řešení projektu se hledal vhodný software, ve kterém by se dalo rozumně numericky modelovat dřevo se všemi svými záludnostmi.

Byly testovány konečněprvkové softwary ATENA a ANSYS a vítězem se po porovnání modelů prvního plátového spoje (k verifikaci bylo použito spoje jak v reálné velikosti, tak modelu 1:4) stal jednoznačně ANSYS. ATENA totiž, jako sofware určený především pro betonové konstrukce, nenabízí anizotropní materiálový model (v r. 2012). Dosáhnout vlastností dřeva se nepodařilo ani použitím rozptýlené výztuže, která měla simulovat vlákna dřevní hmoty. Modely spoje ve výsledku vykazovaly např. chybný typ poškození (trhliny kolmé k vláknům, což neodpovídá realitě).

Na modelech vytvořených v prostředí softwaru ANSYS probíhaly další vylepšené numerické kontaktní analýzy. První z nich (optimalizace spoje s jedním kolíkem) sloužila k tomu, aby byla nalezena optimální mechanická varianta spoje a určena míra, s jakou konkrétní geometrický či fyzikální parametr ovlivňuje tuhost spoje. Byl testován model s kolíkem z různých materiálů (ocel a dřevo), sklony čel 45° a 63°, který byl zatížen jak tříbodovým, tak čtyřbodovým ohybem. První parametr, který byl numericky testován, byla velikost kolíku, který zajišťuje soudržnost spoje. Dalším parametrem byl sklon šikmého čela.

ZPĚT na Pilotní experimenty