Über den Einfluß von Temperatur und Holzfeuchtigkeit auf die Relaxation der Biegespannungen in Rotbuchenholz

Zusammenfassung

Das viskoelastische Verhalten des Holzes wurde bisher insbesondere durch Kriechversuche bei konstanter Last untersucht. Bei den hier vorliegenden Messungen wurde die Spannungsrelaxation bei konstanter Dehnung beobachtet, um die Vorgänge des Spannungsabbaus direkt verfolgen zu können, was für die Praxis vor allem wegen der Abhängigkeit von Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt und für die Grundlagenforschung zur Aufstellung von Relaxationsspektren gleichermaßen von Bedeutung ist. Verwendet wurde ein eigens für solche Zwecke gebautes Relaxometer, das nach dem Prinzip einer selbstabgleichenden Kettenwaage arbeitet, wobei es möglich war, die Klimatisierungseinrichtung organisch mit einzubeziehen. Gemessen wurde die Spannungsrelaxation an Biegestäben aus Rotbuchenholz in fünf Feuchtigkeitsstufen (u=7 bis 20%), kombiniert mit sechs Temperaturstufen (30 bis 90° C), über einen Zeitraum von 50 Stunden. Die bei den Versuchen erhaltenen Relaxationskurven stellen keine einfachen Exponentialfunktionen dar, sondern es ergibt sich vielmehr eine Verknüpfung solcher Funktionen, die im einzelnen einer entsprechenden Vielzahl einander überlagernder Relaxationsprozesse zuzuordnen sind. Für die Relaxationsspannung wurde, wenn diese über den Logarithmus der Zeit aufgetragen wird, ein im allgemeinen linearer Abfall in geradlinigen Teilstücken gefunden. Die daraus nach einem Nähreungsverfahren ermittelten Verteilungsfunktionen der Relaxationszeiten zeigen flache Maxima bei einer Relaxationszeit von 10² bis 10³ Minuten und eine deutlich charakterisierte Vermehrung der Relaxationsprozesse mit zunehmender Feuchtigkeit und Temperatur. Eine Differenzierung von Relaxationsprozessen, die den einzelnen viskosen Strukturelementen des Holzes zuzuordnen wären, konnte so noch nicht gegeben werden. Die Verteilungsfunktionen zeigen jedoch Ansätze für eine Dispersion, die bei anderen Beanspruchungsarten und längeren Versuchszeiten bei gleichzeitiger extremer Variation des Versuchsklimas deutlicher herausgestellt werden könnten. Als augenfälliges Beispiel für die Praxis wurde die Relaxationsquote nach 48 Stunden in Form einer räumlichen Darstellung (dreidimensional) in Abhängigkeit von den Temperaturen und Sorptionsfeuchten gegeben. Die Ausmaße der viskosen Vorgänge werden dabei besonders deutlich.

Summary

The visco-elastic behaviour of wood has hitherto been investigated mainly by testing creep under constant load. With a view to directly studying the phenomena of stress decrease, the relaxation under constant strain was measured; results of these tests may be considered to be equally important for practical application due to the relationship between temperature and moisture, as for scientific research work with a view to obtaining relaxation spectra. The test set comprised a relaxometric unit working on the principle of a self-balancing chain type balance, which allowed temperature and hygrometric moisture regulating elements to be incorporated. Stress relaxation was measured on bar type bending specimens from beech wood for five different degrees of moisture content (u between 7 and 20%), combined with six degrees of temperature (between 30 and 90° C), over a period of 50 hours. The relaxation diagrams obtained are not merely exponential functions but a coupling of functions each of which is linked to a number of overlapping relaxation processes. Stress relaxation when plotted against the logarithm of time results in graphs of linear decreasing stress with straight-line parts. Distribution functions of relaxation times, obtained by an approximation method, show flat peaks with relaxation times of 10² to 10³ minutes and a marked increase in relaxation processes with rising moisture and temperature. Thus, there has been no way of differentiating between relaxation processes related to certain viscous structural elements in wood. Distribution functions, however, show a disposition towards dispersion, which may become more distinct for different kinds of stress and longer testing periods together with extreme variation in climatic conditions. The relaxation quota after 48 hours of testing, as a three-dimensional graph of temperature and moisture sorption, is an obvious example. Here the extent of viscous reactions in wood is particularly evident.