繰返し負荷に伴う有節材, フィンガー・ジョイント及びメタル・プレート・コネクタの熱画像変化

Abstract

節は必ずしも応力集中部ではないが, 節内部あるいは節周辺部に割れや目切れが存在すると応力集中が生じ, この部分が終局破壊の起点となる場合が多い。繰返し負荷を与えると応力集中部での応力-ひずみ曲線は繰返し負荷に対してヒステリシス・ループを描き, このループで囲まれるエネルギは熱エネルギに変換され, 局部発熱が生じる。本研究では, 有節材の繰返し曲げ及び圧縮試験を行ない, 応力集中部において発熱の生じることを確かめた。また, ヒステリシスに基づく熱画像から, フィンガー・ジョイントやメタル・プレート・コネクタにおける応力分布の概要を知ることができることを明らかにした。メタル・プレート・コネクタでは, 接合突きつけ部に近いほどネイルの分担力が大きく, 離れるほど分担力が小さくなる。このことは, 熱弾性効果を用いた測定からも確かめることができた。今回の一連の実験から, 応力集中をもつ材ほど, 荷重-変位曲線のヒステリシス・ループの大きいことが推測され, 曲げヤング率と同時にヒステリシス, ループを測定すれば高速かつ精度のよいグレーディングが行なえる可能性が示唆された。

A knot itself is not a portion of stress concentration. But a crack often exists in a knot or around a knot, and bending and/or compression stresses will propagate the crack which will often become the origin of ultimate failure. Stress-strain relationship at stress concentrated portion shows a hysteresis loop. And heat is generated according to the loss energy of the hysteresis loop. In this study heat generation was observed at crack tips around knots and other defects of lumber in bending and also in compression using infrared thermography. The amount of the generated heat can be magnified by increasing of repetition number ofloading. An outline of stress distribution can be observed using this hysteresis heat generation thermography, and the stress distribution in a metal plate connector(MC) was observed in bending and also in tension. The nearer a nail of MC is located from the butt joint, the greater the share of load transmission distributes. This was also observed by another thermographical technique under repeated load using, thermo-elastic effect. According to the results of this series of tests lumbers including defects with high stress concentration showed large hysteresis loss energy in their load-deformation curves both in bending and compression. This fact suggests that measuring not only Young's modulus but also hysteresis loop(loss energy) will give more accurate stress grading.