Research warping and numerical simulation of deformation sawn timber of Dahurian Larch under grown stresses of tree trunk
Authors: Глухих В.Н. , Охлопкова А.Ю. , Сивцев П.В. 
Published: September 2020

Представлено обоснование предположения о влиянии начальных напряжений, формирующихся в процессе роста дерева под действием собственного веса ствола и ветровой нагрузки, на деформации пиломатериалов при последующем раскрое древесины. Представлено обоснование зависимости величины и характера распределения напряжений в поперечном сечении ствола дерева от соотношения радиусов ядровой древесины и радиуса ствола дерева. Для древесины лиственницы даурской применима функция распределения начального напряжения в виде параболоида 14-й степени. В зависимости от расположения пиломатериалов в сечении бревна возможно прогнозировать величину продольного коробления от действия начальных напряжений пиломатериалов после выпиловки. Проведены наблюдения величины продольного коробления пиломатериалов, выпиленных из лиственницы даурской, произрастающей в Якутии. На основании выдвинутой гипотезы и результатов разведывательных опытов проведено численное моделирование математической модели продольного коробления пиломатериалов. Вычислительный алгоритм основывался на перемещении методом конечных элементов по пространству. Численное решение, найденное для задачи линейной упругости для пиломатериалов с анизотропной упругой природой, характеризуется адекватным распределением прогиба по пласти с максимальным значением в пределах, зафиксированных в результате наблюдений за реальными пиломатериалами. Полученные математические модели могут быть использованы для оптимизации раскроя пиловочного сырья с целью получения максимального объема пиломатериалов высокого качества и снижения затрат на производство продукции.

The article presents a substantiation of the assumption about the influence of initial stresses, formed in the process of tree growth under the influence of the trunk's own weight and wind load on deformation of lumber with the subsequent cutting of wood. Due to the difference in the characteristics of heartwood and sapwood, substantiation of dependency of magnitude and pattern of stress distribution in transection of a tree stem on correlation of the radii of the heartwood to the radius of the tree stem is presented. Thus, for Dahurian larch timber we can apply distribution function of initial stresses in the form of the 14th degree paraboloid. Therefore depending on the location of lumber in the section of the round log, it is possible to predict the magnitude of twisting from the effect of the initial stresses of the lumber after sawing out. In order to confirm this assumption, the authors made observations of magnitude of twisting of lumber sawn out of Dahurian larch growing in Yakutia. Based on the suggested hypothesis and the observations results, a numerical modeling of mathematical model of twisting of lumber was carried out. The computational algorithm was based on displacement by the finite element method spatially. The numerical solution found linear elasticity problem for lumber with anisotropic elastic nature is characterized by an adequate distribution of deflection along the sawn face with the maximum magnitude within the limits fixed by observation of real lumber. The obtained mathematical models can be used to optimize sawing process in order to obtain the maximum amount of lumber of high quality and reduce production costs.