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Applicability of classical isotropic fracture mechanics specimens to wood crack propagation studies

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Abstract

Different specimen types (double cantilever beam: DCB, compact tension: CT, single edge notched in tension: SENT) have been numerically studied (with special finite elements) for ten wood species and for cracks situated in a material plane of symmetry (the crack is denoted xy with x the direction of the normal to the crack plane and y the direction of propagation). Single-edge notched speciments used in RL, TL directions appear to be insensitive to the orthotropic properties of the material. So, calibration known for isotropic materials can be used in stress intensity factor calculations. In transverse directions (LT, LR), such specimens could be used with a double height. Small differences, but depending on the species tested, have also been obtained in TR and RT directions. Calibration of CT specimens of an isotropic material cannot be used even in TL and RL directions. A calibration acceptable for all the studied species is proposed. A different calibration is also given in the TR direction. It is suggested, however, not to use specimens in the RT direction without a calibration specific for the wood species tested. DCB specimens could be used in RL, TL and TR directions with a calibration which is a function of elastic moduli. This calibration is obtained from analytical calculations. In other directions, these specimens do not offer any experimental interest.

Resume

L’orthotropie du matériau bois correspond à six directions principales de propagation de fissure RL, TL: RT, TR et LR. LT (le premier indice correspond à la normale au plan de fissure, le deuxième à la direction de propagation). Pour déterminer les facteurs d’intensité de contraintes en pratique, les éprouvettes utilisées sont associées à une calibration obtenue par calcul numérique sur des milieux isotropes. D’une façon générale, ces calibrations ne sont pas valables pour les milieux fortement orientés tels que le bois.

Dans cet article, différents types d’éprouvettes de traction (double poutre en flexion: DCB, traction compacte: CT, simple entaille latérale en traction: SENT) ont été étudiées numériquement (éléments finis singuliers), pour une dizaine d’essences de bois (masses volumiques comprises entre 0,1 et 1,28 g cm−3) et pour une fissure située suivant un axe matériel. L’éprouvette SENT, dans les directions RL, TL apparaît indépendante de l’orthotropie du matériau. Dans les directions transversales (LR, LT) elle pourrait être utilisée en doublant sa hauteur. Des différences faibles dépendant de l’essence existent aussi entre les directions TR et RT.

La calibration de l’éprouvette CT en milieu isotrope ne peut pas être utilisée même pour les directions de fendage RL et TL. Pour ces deux dernières, une relation corrective valable pour toutes les essences utilisées avec une bonne approximation est proposée. Dans la direction TR, une calibration différente est également proposée. Par contre, dans la direction RT, il est suggéré de ne pas utiliser le spécimen sans calibration spécifique au matériau essayé.

L’éprouvette DCB, quant à elle, pourrait être employée dans les directions RL, TL ou TR à l’aide d’une calibration issue de calculs analytiques, fonction explicite des constantes élastiques. Cette éprouvette ne présente pas d’intérêt pratique dans les autres directions de propagation.

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Authors and Affiliations

  1. Civil Engineering Laboratory/LRBB, IUT‘A’, Domaine Universitaire, 33405, Talence cedex, France

    G. Valentin & G. Adjanohoun

Authors
  1. G. Valentin
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  2. G. Adjanohoun
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Valentin, G., Adjanohoun, G. Applicability of classical isotropic fracture mechanics specimens to wood crack propagation studies. Materials and Structures 25, 3–13 (1992). https://doi.org/10.1007/BF02472207

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF02472207

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