Нова модель для прогнозування поведінки деревини під навантаженням при різних умовах вологості та температури
Деревина як будівельний матеріал використовується дуже давно. Розвиток ефективних процесів промислового виробництва деревини розширив використання матеріалу за рахунок впровадження нових продуктів, таких як інженерні вироби з деревини.
Вміст вологи в деревині сильно впливає на її фізико-механічні властивості. Передбачити вміст вологи та транспортування вологи в деревині є складним завданням.
У недавньому дослідженні про будівельні технології Вінстон Ммарі досліджує, як тепло, волога та транспортні механізми взаємодіють у деревині. Завдяки дослідженню Ммарі створив модель для прогнозування того, як деревина поводитиметься під механічним навантаженням за різних умов вологості та температури.
Вінстон Ммарі, доктор філософії в будівельних технологіях, з Університету Ліннея сказав: «Основна мета дослідження — розробити модель, яка може передбачити макроскопічну поведінку деревини під механічним навантаженням, а також під впливом різних умов вологи та температури».
Про дослідження
У дисертації розглядається поведінка деревини під час дії вологи або механічного тиску. Враховуються характеристики деревини, і застосовуються теоретичні моделі для прогнозування його поведінки. Моделі та моделювання використовуються в чотирьох розділах дослідження.
У першій частині пояснюється, як волога мігрує крізь деревину. Наступні розділи вдосконалюють модель визначення рівня вологості та деформації деревини, спричинені коливаннями вологості. Третій розділ дослідження, в якому використовується унікальна модель, присвячений тому, як ламається деревина. Можливості деревини досліджуються шляхом моделювання, а результати порівнюються з експериментальними результатами.
Ммарі сказав: «Процеси поглинання вологи та руху всередині деревини йдуть пліч-о-пліч зі змінами температури матеріалу. Моє дослідження показує, що ці складні механізми транспортування вологи в деревині та викликані ними викривлення та тріщини можна описати за допомогою моделей, побудованих на математичних теоріях, і передбачити за допомогою комп’ютерного моделювання. Розроблена модель може бути використана як інструмент для аналізу та прогнозування поведінки дерев’яних елементів і конструкцій. Моделі можна використовувати для дослідження та оптимізації процесів сушіння деревини. Крім того, результати цього дослідження допомагають науковцям спрямувати правильні напрямки для майбутніх експериментальних і теоретичних досліджень, спрямованих на покращення знань і розуміння цього екологічно чистого матеріалу».
Отримані нелінійні зв’язані диференціальні рівняння в частинних похідних, що керують макроскопічною поведінкою матеріалу, розв’язуються чисельно за допомогою методу скінченних елементів. Моделювання виконується, щоб перевірити загальну продуктивність теоретичної основи запропонованих моделей, і їх порівнюють з експериментальними результатами для визначення деяких матеріальних параметрів деревини.