Application of fracture mechanics for energetic effects predictions while wood sawing

Orłowski, Kazimierz A.; Ochrymiuk, Tomasz; Atkins, A.G.; Chuchała, Daniel

doi:10.1007/s00226-013-0551-x

Cited by 52 publications

(50 citation statements)

References 9 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Valores mínimos, médios, máximos, média geral e coeficiente de variação da umidade, das densidades aparente e básica e da energia específica de corte, nas posições radiais. An increase was seen in consumption of specific cutting force in accordance with an increase in wood density (Figure 4a, b), corroborating studies of Kivimaa (1950), Koch (1964Koch ( , 1972, Orlowski et al (2013) and Chuchala et al (2014). These authors affirmed that woods of greater density commonly exhibit fewer lumens and more cell walls, as well as being more resistant.…”

Section: Resultssupporting

confidence: 86%

Study of the physical properties of Corymbia citriodora wood for the prediction of specific cutting force

Melo¹,

Silva²,

Napoli³

et al. 2016

Sci. For.

View full text Add to dashboard Cite

ResumoObjetivou-se verificar a influência da densidade e da umidade da madeira na energia específica de corte. Utilizou-se madeira de Corymbia citriodora Hill & Johnson, de plantios no Vale do Rio Doce, no Brasil. Retirou-se a tábua diametral de 60 x 18 x 5 cm (comprimento x largura x espessura, respectivamente), acima de 1,3 m do solo. Nos ensaios de usinagem, utilizou-se serra circular de 400 mm de diâmetro com 24 dentes "WZ", velocidade de avanço de 10 m.min -1 , velocidade de corte 61 m.s -1 e torque instantâneo máximo de 92,5 N.m. Durante os cortes foram retirados corpos de prova com aresta de 1,5 cm alternado e paralelo a cada corte, em 6 posições radiais, que foram usados para a determinação da umidade e densidade da madeira. Observou-se que a energia especifica de corte foi positivamente correlacionada com a densidade da básica e aparente da madeira, porém a umidade foi negativamente correlacionada com a energia de corte. A densidade básica foi a propriedade física que melhor explicou a variação da energia específica de corte. A umidade demonstrou ser uma propriedade importante para explicar a relação entre a energia específica de corte específica e a densidade aparente da madeira.Palavras-chave: usinagem da madeira, umidade, densidade da madeira. AbstractThe aim of this study was to verify the influence of wood density and moisture content on specific cutting force. We used wood from the species Corymbia citriodora Hill & Johnson, from tree plantations in the Vale do Rio Doce, Brazil. A diametrical board with dimensions of 60 x 18 x 5 cm (length x width x thickness, respectively), more than 1.3 m from the ground, was removed. In machining trials, a 400 mm diameter circular saw was used, with 24 "WZ" teeth, feed rate of 10 m.min -1 , cutting speed of 61 m.s -1 , and maximum instantaneous torque of 92.5 N.m. During cutting, test specimens were removed with alternate and parallel 1.5 cm edges in 6 radial positions, which were used for determination of moisture, and wood density. It was observed that the specific cutting force was positively correlated with apparent density and with the basic density of the wood; however the moisture content was negatively correlated. The basic density was the best property indicated for the prediction of specific cutting force. Moisture content proved to be an important property for explaining the correlation found between specific cutting force and the apparent density of the wood.

show abstract

Section: Resultssupporting

confidence: 86%

Study of the physical properties of Corymbia citriodora wood for the prediction of specific cutting force

Melo¹,

Silva²,

Napoli³

et al. 2016

Sci. For.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Merhar and Bučar (2012), Orlowski at al. (2013) use the fracture mechanics for estimation of energetic effects of wood sawing.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Coniform-shape tool for splitting of wooden logs

Bodnár¹,

Minárik²

2015

Res. Agric. Eng.

View full text Add to dashboard Cite

Bodnár F., Minárik M. (2015): Coniform-shape tool for splitting of wooden logs. Res. Agr. Eng., 61: 29-34.The article deals with design of a coniform tool with rotary motion for splitting of logs. The tool is proposed using a fracture mechanics theory. The approach of energy balance during crack growth in a split wood log is applied for construction design of the shape of the splitting tool. The proposal of the tool shape is based on the experimental fracture methods. The only used criteria it is the demand of the minimum quantity of the consumed energy.Keywords: fracture mechanics; wedge splitting test; fracture energy Splitting of wood is a process when wood is separated along wood fibres through action of a working tool. The tool causes initiation of the crack and its propagation in the wood tissue. The failure mechanism at splitting of the wood is complicated due to anisotropy of wood material, orientation of wood fibres in a log, due to wood heterogeneity of earlywood and latewood, due to different dimensions and shapes of the split log and also due to shape of the splitting tool. All these factors influence the initiation and propagation of cracks in the log, which in the final stage entails splitting of the log. The problems of crack initiation and propagation are basic questions of fracture mechanics. Researchers with various backgrounds investigate fracture mechanics especially for purposes of design and reliability of structures against the failure. Here the fracture mechanics is used to design a splitting tool with rotation motion which is applied for splitting of wooden logs. A portable tool is proposed for splitting of reclining logs, without need to manipulate with them. A driving gear of the splitting tool is an electromotor and the splitting tool is a wedge with a straight circular cone shape. The penetration of the tool in the wooden material is caused through the medium of a thread on the coniform surface of the rotating splitting tool. The basic idea at design of the splitting tool was to attain min. energy consumption.Pioneering studies regarding fracture mechanics were developed by Griffith (1921) andIrwin (1948). Griffith developed a theory for an infinite plate containing a crack and subjected to uniform stress. Drawing upon the concept of potential energy, Griffith showed that for every level of applied stress, there is a critical value for the crack length. At this value, the system is at a max. of potential energy, meaning that if the stress or the crack length is increased above this condition, the system will reduce its potential energy by increasing the crack length, basically developing a failure. Irwin introduced the concept of stress intensity factor and strain energy release rate. Critical values of stress intensity factor and strain energy release rate are material attributes that characterize the resistance to elastic fracture. The critical strain energy release 29

show abstract

“…Piła na przedniej końcówce była obciążona jak na rys. 2, siłami, których wartości i miejsce usytuowania określano zgodnie z pracami [7,9], przy założeniu, że w strefie skrawania jest do dyspozycji pełna moc znamionowa silnika 7,5 kW.…”

Section: Podstawy Teoretyczne I Opis Obiektu Badańunclassified

Analyses of the effect of the design features of the spindle of the sliding table saw upon its critical rotational speeds

Orłowski

Duchnicz

Dudek³

2016

Mechanik

View full text Add to dashboard Cite

Analyses of the effect of the design features of theW Ameryce Północnej szerokie zastosowanie w pilarkach tarczowych znalazły piły z wielowypustem w otworze wewnętrznym, współpracującym z wrzecionem pilarki z wielowypustem zewnętrznym. Położenie poprzeczne piły jest determinowane przez specjalne prowadnice piły tarczowej [5], a tego typu rozwiązanie pozwala na pracę z prędkościami obrotowymi większymi od prędkości krytycznych piły i z tego powodu uznawane jest za lepsze. Drugim sposobem osadzania pił na wrzecionach pilarek, powszechnym w Europie, jest ich mocowanie za pomocą kołnierzy mocujących [5, 9÷11]. Jednak w tym przypadku piły powinny pracować z prędkościami obrotowymi niż-szymi niż prędkości obrotowe krytyczne pił [5]. To ostatnie rozwiązanie jest stosowane we wrzecionach głównych pilarek formatowych (rys. 1). Na początku XXI w. w pilarkach tego typu występowały wrzeciona długie, o stosunku rozstawu podpór L do średnicy wewnętrznej przedniego łożyska d wynoszącym około 12,7 [6, 11], podczas gdy obecnie stosunek ten uległ radykalnemu zmniejszeniu i w pilarce formatowej Fx3 [14] (firmy Rema SA) L/d = 2,6. Producenci pilarek dążą do poprawy dokładności przecinania, na którą znaczący wpływ ma m.in. zachowanie się wrzeciona w OUPN.Celem niniejszego opracowania jest określenie pręd-kości krytycznych wrzeciona pilarki formatowej w funkcji cech konstrukcyjnych wrzeciona i jego napędu. Podstawy teoretyczne i opis obiektu badańAnalityczne określanie obszarów stabilności pracy wrzecion frezarek może polegać na wyznaczaniu tzw. krzywych workowych determinujących obszary ich stabilnej pracy [1,3,8]. Inne podejście polega na zastosowaniu zmiennych prędkości obrotowych wrzeciona frezarskiego, gwarantujących jego odstrojenie od częstotliwości rezonansowej, przy której występują drgania typu chatter [4]. Poprawność konstrukcji wrzeciona można również określać na podstawie wyznaczonych analitycznie prędkości krytycznych, co wydaje się być podejściem racjonalnym, zwłaszcza dla pilarek. Autorzy prac [2, 9] zalecają obliczanie prędkości krytycznej wrzeciona n kryt z zależności:( 1) gdzie: f max -maksymalna strzałka ugięcia wrzeciona (przedniej, bądź tylnej końcówki) w centymetrach. Obliczona prędkość krytyczna powinna spełniać nierówność: (2) gdzie: n rob -robocza prędkość obrotowa wrzeciona. Przedstawione na rys. 1 wrzeciono pilarki formatowej Fx3 podczas pracy może rozwijać prędkości obrotowe (robocze) n rob wynoszące 3500, 4500 i 6000 min −1 [14], w zależności od położenia pasa wielorowkowego typu PK na kole pasowym. Na wrzecionie, w kołnierzach o średni-cy ⌀125 mm, mogą być mocowane piły tarczowe ⌀450, ⌀350 lub ⌀300 mm, które determinują wybór prędko-ści obrotowej. Z obu stron wrzeciono jest podparte na łożyskach 6206 2RS1 Explorer (firmy SKF), a stosunek L/d = 2,6.

show abstract

Application of fracture mechanics for energetic effects predictions while wood sawing

Cited by 52 publications

References 9 publications

Study of the physical properties of Corymbia citriodora wood for the prediction of specific cutting force

Study of the physical properties of Corymbia citriodora wood for the prediction of specific cutting force

Coniform-shape tool for splitting of wooden logs

Analyses of the effect of the design features of the spindle of the sliding table saw upon its critical rotational speeds

Contact Info

Product

Resources

About