Determinación experimental y verificación por el método del elemento finito de la frecuencia natural de vibración de barras de madera
DOI:
https://doi.org/10.33064/iycuaa2019761789Palabras clave:
caracterización mecánica, densidad de la madera, módulo dinámico, vibraciones transversales, parámetros materiales, modelado numéricoResumen
El método del elemento finito se ha utilizado de manera extensiva en la caracterización mecánica de la madera. El objetivo de la investigación fue determinar de manera experimental y verificar numéricamente la frecuencia natural en vibraciones transversales de pequeñas barras de 12 maderas. Se determinaron experimentalmente la densidad, la frecuencia de vibración y el módulo dinámico. Además, se estimó numéricamente la frecuencia correspondiente a los parámetros materiales determinados experimentalmente. El uso del módulo dinámico obtenido experimentalmente y empleado en las simulaciones conduce a valores de frecuencia equivalentes a los obtenidos en las pruebas de vibraciones, probando así la eficiencia del modelado numérico para estimar la frecuencia de una pieza de madera. Además, la correlación entre la frecuencia numérica y la frecuencia experimental explica 66% de esta dependencia. Así, la regresión lineal calculada indica una buena calidad predictiva del modelo de simulación empleado en la investigación.
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• Baño, V., Arriaga, F., Soilán, A., & Guaita, M. (2011). Prediction of bending load capacity of timber beams using a finite element method simulation of knots and grain deviation. Biosystems Engineering, 109(4), 241-249. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2011.05.008
• Christoforo, A. L., Panzera, T. H., Silveira, M, E., Lopes Silva, D. A., Vasconcelos Pinheiro, R., & Rocco Lahr, F. A. (2016). Numerical evaluation of the bending modulus of elasticity in Pinus elliottii round timber beams. Ciência Florestal, 26(4),1271-1279. doi: 10.5902/1980509825138
• De Amicis, R., Riggio, M., Girardi, G., & Piazza, M. (2011). Morphology-based macro-scale finite-element timber models. Computer-Aided Design, 43(1), 72-87. doi: 10.1016/j.cad.2010.09.003
• De Borst, K., Jenkel, C., Montero, C., Colmars, J., Gril, J., Kaliske, M., & Eberhardsteiner, J. (2013). Mechanical characterization of wood: An integrative approach ranging from nanoscale to structure. Computers and Structures, 127, 53-67. doi: 10.1016/j.compstruc.2012.11.019
• Gaff, M., Gašparik, M., Borůvka, V., & Babiak, M. (2015). Simulating stresses associated with the bending of wood using a Finite Element M. BioResources, 10(2), 2009-2019. doi: 10.15376/biores.10.2.2009-2019
• García, D. A., Sampaio, R., & Rosales, M. B. (2016). Eigenproblems in timber structural elements with uncertain properties. Wood Science and Technology, 50(4), 807-832. doi: 10.1007/s00226-016-0810-8
• Gonçalves, R., Trinca, A. J., & Pellis, B. P. (2014). Elastic constants of wood determined by ultrasound using three geometries of specimens. Wood Science and Technology, 48(2), 269-287. doi: 10.1007/s00226-013-0598-8
• Guitard, D., & Gachet, C. (2004). Paramètres structuraux et/ou ultrastructuraux facteurs de la variabilité intra-arbre de l’anisotropie élastique du bois. Annals of Forest Science, 61(2), 129-139. doi: 10.1051/forest:2004004
• Gutiérrez Pulido, H., & De la Vara Salazar, R. (2012). Análisis y diseño de experimentos (3ª. ed). México: McGraw-Hill.
• Hackspiel, C., de Borst, K., & Lukacevic, M. (2014a). A numerical simulation tool for wood grading model development. Wood
Science and Technology, 48(3), 633-649. doi: 10.1007/s00226-014-0629-0
• __________ (2014b). A numerical simulation tool for wood grading: Model validation and parameters studies. Wood Science and Technology, 48(3), 651-669. doi: 10.1007/s00226-014-0630-7
• Hanhijärvi, A., Ranta-Maunus, A., & Turk, G. (2005). Potential of strength grading of timber with combined measurement techniques. Report of the Combigrade-project-phase 1. Finland: VTT Publications. Recuperado de http://www.vtt.fi/inf/pdf/publications/2005/P568.pdf
• Hofstetter, K., Hellmich, C., & Eberhardsteiner, J. (2004). Hierarchical organization of wood revisited in the framework of continuum micromechanics. En P. Neittaanmäki et al. (Eds.), European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (pp. 1-21). Jyväskylä: University of Jyväskylä. Recuperado de https://www.researchgate.net/publication/267236732_Hierarchical_organization_of_wood_revisited_in_the_framework_of_continuum_micromechanics
• Hwang, Y. F., & Suzuki, H. (2016). A finite-element analysis on the free vibration of Japanese drum wood barrels under material property uncertainty. Acoustical Science and Technology, 37(3), 115-122. doi: 10.1250/ast.37.115
• International Organization for Standardization. (2012). ISO 3129:2012. Wood. Sampling methods and general requirements for physical and mechanical testing of small clear wood specimens. Geneva: International Organization for Standardization. Recuperado de https://www.iso.org/
standard/52489.html
• International Organization for Standardization. (2014a). ISO 13061-1:2014. Wood. Determination of moisture content for physical and mechanical tests. Geneva: International Organization for Standardization. Recuperado de https://www.iso.org/standard/60063.html
• International Organization for Standardization. (2014b). ISO 13061-2:2014. Wood. Determination of density for physical and mechanical tests. Geneva: International Organization for Standardization. Recuperado de https://www.iso.org/standard/60064.html
• Kandler, G., Füssl, J., & Eberhardsteiner, J. (2015). Stochastic finite element approaches for wood-based products: Theoretical framework and review of methods. Wood Science and Technology, 49(5), 1055-1097. doi: 10.1007/s00226-015-0737-5
• Kandler, G., Füssl, J., Serrano, E., & Eberhardsteiner, J. (2015). Effective stiffness prediction of GLT beams based on stiffness distributions of individual lamellas. Wood Science and Technology, 49(6), 1101-1121. doi: 10.1007/s00226-015-0745-5
• Kouroussis, G., Ben Fekih, L., & Descamps, T. (2017). Assessment of timber element mechanical properties using experimental modal analysis. Construction and Building Materials, 134, 254-261. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.081
• Lukacevic, M., Füssl, J., Griessner, M., & Eberhardsteiner, J. (2014). Performance assessment of a numerical simulation tool for wooden boards with knots by means of full-field deformation measurements: Performance assessment of a numerical simulation tool for wooden boards. Strain, 50(4), 301-317. doi: 10.1111/str.12093
• Machek, L., Militz, H., & Sierra-Alvarez, R. (2001). The use of an acoustic technique to assess wood decay in laboratory soilbed tests. Wood Science and Technology, 34(6), 467-472. doi: 10.1007/s002260000070
• Mackerle, J. (2005). Finite element analyses in wood research: A bibliography. Wood Science and Technology, 39(7), 579-600. doi: 10.1007/s00226-005-0026-9
• Niklas, K. J., & Spatz, H. C. (2010). Worldwide correlations of mechanical properties and green wood density. American Journal of Botany, 97(10), 1587-1594. doi: 10.3732/ajb.1000150
• Ormarsson, S., Dahlblom, O., & Johansson, M. (2009). Finite element study of growth stress formation in wood and related distortion of sawn timber. Wood Science and Technology, 43(5-6), 387-403. doi: 10.1007/s00226-008-0209-2
• Silva Guzmán, J. A., Fuentes Talavera, F. J., Rodríguez Anda, R., Torres Andrade, P. A., Lomelí Ramírez, M. A., Ramos Quirarte, J.,… & Richter, H. G. (2010). Fichas de propiedades tecnológicas y usos de maderas nativas de México e importadas. México: Comisión Nacional Forestal.
• Sotomayor-Castellanos, J. R. (2015). Banco FITECMA de características físico-mecánicas de maderas mexicanas (65 p.). Morelia: Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Recuperado de https://www.researchgate.net/publication/276841418_Banco_FITECMA_de_caracteristicas_fisico-mecanicas_de_maderas_Mexicanas
• Sotomayor-Castellanos, J. R., & López-Garza, V. (2016). Verificación por el método del elemento finito del comportamiento mecánico de la madera en flexión estática. Investigación e Ingeniería de la Madera, 12(3), 4-54. Recuperado de https://www.researchgate.net/publication/311651698_Verificacion_por_el_metodo_del_elemento_finito_del_comportamiento_mecanico_de_la_madera_en_flexion_estatica
• Tamarit Urias, J. C., & López Torres, J. L. (2007). Xilotecnología de los principales árboles tropicales de México. México: Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias campo experimental San Martinito.
• Vasic, S., Smith, I., & Landis, E. (2005). Finite element techniques and models for wood fracture mechanics. Wood Science and Technology, 39(1), 3-17. doi: 10.1007/s00226-004-0255-3
• Villaseñor-Aguilar, J. M., & Sotomayor-Castellanos, J. R. (2015). Caracterización dinámica de la madera de Fraxinus americana y Fraxinus uhdei. Revista de Aplicación Científica y Técnica, 1(1), 43-53. Recuperado de http://www.ecorfan.org/spain/researchjournals/Aplicacion_Cientifica_y_Tecnica/vol1num1/Aplicacion-Cientifica-y-Tecnica--50-60.pdf
• Weaver, W., Timoshenko, S., & Young, D. H. (1990). Vibration problems in engineering (5a. ed.). New York: Wiley.
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