Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 72930 10.34220/issn.2222-7962/2023.3/15 gidcec ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ WOOD PROCESSING. CHEMICAL TECHNOLOGY ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Crack formation in natural and pressure-modified silver birch (Betula pendula Roth) wood: the effect of the internal friction index under the influence of external disturbances Трещинообразование натуральной и модифицированной прессованием древесины березы повислой (Betula pendula Roth): эффект показателя внутреннего трения под влиянием внешних возмущений Руссу Александр Викторович Russu Aleksandr Viktorovich arussu@mail.ru Шамаев Владимир Александрович Shamaev Vladimir Aleksandrovich drevstal@mail.ru Зимелис Андрис Zimelis Andris andrisin@inbox.lv Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», ул. Тимирязева, 8, г. Воронеж, 394087, Россия Воронеж Россия ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», ул. Тимирязева, 8, г. Воронеж, 394087, Россия Воронеж Russian Federation Технический университет г. Рига Рига Латвия Технический университет г. Рига Рига Latvia 27 12 2023 27 12 2023 13 3 219 235 04 09 2023 16 11 2023 http://lestehjournal.ru/en/journal/2023/no-3-51/crack-formation-natural-and-pressure-modified-silver-birch-betula-pendula-roth

Получение информации о наличии трещин в исходном сырье, заготовках и изделиях из древесины необходимо для принятия решения о целях последующей ее обработки и эксплуатации. Способ диагностики трещин в древесине основан на измерении внутреннего трения. На подготовленные образцы натуральной и модифицированной прессованием древесины, выпиленные из стволовой части деревьев березы повислой (Betula pendula Roth), произраставших в Хлевенском Лесхозе, Липецкой обл. (52.184130, 39.110463, НУМ 157м), воздействовали в радиальном и тангенциальном направлениях ультразвуком (частота 24.5 кГц, экспозиция 0-20 минут, шаг 5 минут) и импульсным магнитным полем (напряженность – 0.3 Тл, экспозиция 0-2 минуты, шаг 0.5 минуты). Далее исследовали внутреннее трение образцов на экспериментальной установке методом измерения логарифмического декремента затухания на основе свободно-изгибных колебаний. При уровне значимости p=0.95 определили абсолютные величины безразмерного коэффициента внутреннего трения Q-1, как основного структурного параметра для образцов натуральной и модифицированной древесины: для влажности при наличии одной трещины Q-1 уменьшилось на 7.04% (D=0.08), при наличии двух трещин – на 8.4% (D=0.15), при наличии трех трещин – на 9.06% (D=0.15); для ультразвука при наличии одной трещины Q-1 уменьшилось на 7.17% (D=0.05), при наличии двух трещин – на 8.46% (D=0.05), при наличии трех трещин – на 9.12% (D=0.09); для импульсного магнитного поля при наличии одной трещины Q-1 уменьшилось на 7.14% (D=0.05), при наличии двух трещин – на 8.39% (D=0.09), при наличии трех трещин – на 9.02% (D=0.09). При испытании образцов натуральной древесины и модифицированной прессованием древесины березы повислой (Betula pendula Roth) получили асимптотическое уравнение аппроксимации зависимости уменьшения Q-1 от количества трещин, с величиной аппроксимации R2=0.994. Исследование зависимости внутреннего трения от процесса трещинообразования в различных породах древесины обеспечивает подготовку следующего этапа - построение прототипа системы неразрушающего контроля дефектов.

Obtaining information about the presence of cracks in raw materials, blanks and wood products is neces-sary to make a decision on the purposes of its subsequent processing and operation. The method for diagnosing cracks in wood is based on measuring internal friction. For prepared samples of natural and modified wood, sawn from the stem part of drooping birch (Betula pendula Roth) trees growing in Khlevensky Forestry, Lipetsk region. (52.184130, 39.110463, ASL 157m), exposed to radial and tangential directions with ultrasound (frequency 24.5 kHz, exposure 0-20 minutes, step 5 minutes) and pulsed magnetic field (strength - 0.3 T, exposure 0-2 minutes, step 0.5 minutes). Next, the internal friction of the samples was studied on an experimental setup by measuring the logarithmic damping decrement based on free-bending vibrations. The absolute values of the dimensionless coefficient of internal friction Q-1, as the main structural parameter for samples of natural and modified wood, were obtained at a significance level of p=0.95: for humidity, in the presence of one crack, Q-1 decreased by 7.04% (D=0.08), in the presence of two cracks - by 8.4% (D=0.15), in the presence of three cracks - by 9.06% (D=0.15); for ultrasound in the presence of one crack Q-1 decreased by 7.17% (D=0.05), in the presence of two cracks - by 8.46% (D=0.05), in the presence of three cracks - by 9.12% (D=0.09); for a pulsed magnetic field in the presence of one crack Q-1 decreased by 7.14% (D=0.05), in the presence of two cracks - by 8.39% (D=0.09), in the presence of three cracks - by 9.02% (D=0.09). When testing the samples of natural wood and pressure-modified drooping birch (Betula pendula Roth) wood, we obtained an asymptotic equation was obtained for ap-proximating the dependence of the decrease in Q-1 on the number of cracks, with the approximation value R2=0.994. The study of the dependence of internal friction on the process of crack formation in various types of wood provides preparation for the next stage - the construction of a prototype system for non-destructive testing of defects.

 внутреннее трение древесины диагностика трещин в древесине натуральная и модифицированная древе-сина береза повислая Betula pendula Roth ультразвук импульсное магнитное поле internal friction of wood diagnostics of cracks in wood natural and modified wood drooping birch (Betula pendula Roth) ultrasound pulsed magnetic field

Dahle S., Pilko M., Žigon J., Zaplotnik R., Petrič M., Pavlič M. Предварительная плазменная обработка поверхности барьерным разрядом с открытым исходным кодом для уменьшения растрескивания наружных деревянных покрытий. Целлюлоза. 2021; 28(12): 8055-8076. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-021-04014-2 Dahle S., Pilko M., Žigon J., Zaplotnik R., Petrič M., Pavlič M. Predvaritel'naya plazmennaya obrabotka poverhnosti bar'ernym razryadom s otkrytym ishodnym kodom dlya umen'sheniya rastreskivaniya naruzhnyh derevyannyh pokrytiy. Cellyuloza. 2021; 28(12): 8055-8076. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-021-04014-2 Абдоллахзаде Джамалабади М.Ю. Оптимальный прямоугольный рисунок трещины на основе конструктивных теорий, насыщения трещин и минимизации энергии для нанесения рисунка на дерево. Хаос, солитоны и фракталы. 2022; 160: 112242. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chaos.2022.112242 Abdollahzade Dzhamalabadi M.Yu. Optimal'nyy pryamougol'nyy risunok treschiny na osnove konstruktivnyh teoriy, nasyscheniya treschin i minimizacii energii dlya naneseniya risunka na derevo. Haos, solitony i fraktaly. 2022; 160: 112242. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chaos.2022.112242 Чай Юань, Тао Синь, Лян Шанцин, Фу Фэн Получение и характеристика свойств металлических композитов на основе древесины с заполнением трещин методом микроволнового вспучивания. 2021; 43: 118-125. DOI: http://j.bjfu.edu.cn/cn/article/doi/10.12171/j.1000-1522.20210209 Chay Yuan', Tao Sin', Lyan Shancin, Fu Fen Poluchenie i harakteristika svoystv metallicheskih kompozitov na osnove drevesiny s zapolneniem treschin metodom mikrovolnovogo vspuchivaniya. 2021; 43: 118-125. DOI: http://j.bjfu.edu.cn/cn/article/doi/10.12171/j.1000-1522.20210209 Zeltiņš P., Katrevičs J., Gailis A., Maaten T., Bāders E., Jansons Ā. Влияние диаметра ствола, генетики и свойств древесины на растрескивание ствола ели норвежской. Леса. 2018; 9(9): 546. DOI: https://doi.org/10.3390/f9090546 Zeltiņš P., Katrevičs J., Gailis A., Maaten T., Bāders E., Jansons Ā. Vliyanie diametra stvola, genetiki i svoystv drevesiny na rastreskivanie stvola eli norvezhskoy. Lesa. 2018; 9(9): 546. DOI: https://doi.org/10.3390/f9090546 Мезуи Э.Н., Нзенгуи К.Ф.П., Питти Р.М., Икогу С., Анго С. Е., Талла П.К. Исследования деформаций и трещин на срезах древесины тропической зелени при естественной сушке: экспериментальные и численные подходы. Европейский журнал древесины и изделий из дерева. 2022; 81(1): 187-207. DOI: 10.1007/s00107-022-01881-9 Mezui E.N., Nzengui K.F.P., Pitti R.M., Ikogu S., Ango S. E., Talla P.K. Issledovaniya deformaciy i treschin na srezah drevesiny tropicheskoy zeleni pri estestvennoy sushke: eksperimental'nye i chislennye podhody. Evropeyskiy zhurnal drevesiny i izdeliy iz dereva. 2022; 81(1): 187-207. DOI: 10.1007/s00107-022-01881-9 Фу З., Чен Дж., Чжан Ю., Се Ф., Лу Ю. Обзор деформации и растрескивания древесины при потере влаги. Полимеры.. 2023; 15(15): 3295. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15153295 Fu Z., Chen Dzh., Chzhan Yu., Se F., Lu Yu. Obzor deformacii i rastreskivaniya drevesiny pri potere vlagi. Polimery.. 2023; 15(15): 3295. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15153295 Боттер-Кюиш Х.П., Ван ден Бульке Дж., Бетенс Дж.М., Ван Акер Дж. Взламывание кода: мониторинг высыхания древесины и возникновения трещин в режиме реального времени. Наука и технология деревообработки. 2020; 54(4): 1029-1049. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-020-01200-6 Botter-Kyuish H.P., Van den Bul'ke Dzh., Betens Dzh.M., Van Aker Dzh. Vzlamyvanie koda: monitoring vysyhaniya drevesiny i vozniknoveniya treschin v rezhime real'nogo vremeni. Nauka i tehnologiya derevoobrabotki. 2020; 54(4): 1029-1049. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-020-01200-6 Хэ Дж., Шэ Ю., Ли М., Цай Г., Ху Б. Экспериментальное исследование характера развития трещин в древесине сосны с различным содержанием влаги. Научный журнал по технике и технологиям. 2022; 10(6): 102-110. DOI: https://doi.org/10.36347/sjet.2022.v10i06.002 He Dzh., She Yu., Li M., Cay G., Hu B. Eksperimental'noe issledovanie haraktera razvitiya treschin v drevesine sosny s razlichnym soderzhaniem vlagi. Nauchnyy zhurnal po tehnike i tehnologiyam. 2022; 10(6): 102-110. DOI: https://doi.org/10.36347/sjet.2022.v10i06.002 Кристофоро А.Л., Пентеадо Л.Д., Камарго М.В. де, Арройо Ф.Н., Сантос Х.Ф. дос, Диас А.М.П.Г., Лар Ф.А.Р. Оценка прочности древесины при растяжении перпендикулярно зерну по прочности на растрескивание. Электронный журнал SSRN. 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4201159 Kristoforo A.L., Penteado L.D., Kamargo M.V. de, Arroyo F.N., Santos H.F. dos, Dias A.M.P.G., Lar F.A.R. Ocenka prochnosti drevesiny pri rastyazhenii perpendikulyarno zernu po prochnosti na rastreskivanie. Elektronnyy zhurnal SSRN. 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4201159 Чжан Р., Тейлор А., Хараламбидес М., Балинт Д., Янг К., Барбера Д., Блейдс Н. Численная модель для прогнозирования времени возникновения трещин в деревянных панелях при малоцикловой усталости, вызванной воздействием окружающей среды. Электронный журнал SSRN. 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4295737 Chzhan R., Teylor A., Haralambides M., Balint D., Yang K., Barbera D., Bleyds N. Chislennaya model' dlya prognozirovaniya vremeni vozniknoveniya treschin v derevyannyh panelyah pri malociklovoy ustalosti, vyzvannoy vozdeystviem okruzhayuschey sredy. Elektronnyy zhurnal SSRN. 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4295737 Аутенгрубер М., Лукачевич М., Гростлингер К., Фюсл Дж. Конечно-элементное прогнозирование характера трещин, вызванных влагой, для поперечных сечений массивной древесины и клееного бруса, подверженных воздействию реальных климатических условий. Строительство и строительные материалы. 2021; 271: 121775. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121775 Autengruber M., Lukachevich M., Grostlinger K., Fyusl Dzh. Konechno-elementnoe prognozirovanie haraktera treschin, vyzvannyh vlagoy, dlya poperechnyh secheniy massivnoy drevesiny i kleenogo brusa, podverzhennyh vozdeystviyu real'nyh klimaticheskih usloviy. Stroitel'stvo i stroitel'nye materialy. 2021; 271: 121775. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121775 Остапска К., Мало К.А. Отслеживание траектории трещины с использованием DIC и XFEM моделирования смешанного разрушения древесины. Теоретическая и прикладная механика разрушения. 2021; 112: 102896. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102896 Ostapska K., Malo K.A. Otslezhivanie traektorii treschiny s ispol'zovaniem DIC i XFEM modelirovaniya smeshannogo razrusheniya drevesiny. Teoreticheskaya i prikladnaya mehanika razrusheniya. 2021; 112: 102896. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102896 Супрятна Д., Ин Б., Конопка Д., Калиске М. Анизотропный подход фазового поля, учитывающий смешанные режимы разрушения в деревянных конструкциях в рамках репрезентативного каркаса элементов трещин. Инженерная механика разрушения. 2022; 269: 108514. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108514 Supryatna D., In B., Konopka D., Kaliske M. Anizotropnyy podhod fazovogo polya, uchityvayuschiy smeshannye rezhimy razrusheniya v derevyannyh konstrukciyah v ramkah reprezentativnogo karkasa elementov treschin. Inzhenernaya mehanika razrusheniya. 2022; 269: 108514. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108514 Зижен Г., Гун М., Ли Л., Мохаммади М. Экспериментальное исследование разрушения в смешанном режиме и распределения деформаций вблизи вершины трещины образцов древесины, ламинированных клеем, с использованием модифицированного приспособления arcon и корреляции цифровых изображений. Всемирная конференция по деревообработке (WCTE 2023). 2023: 111-118. DOI: https://doi.org/10.52202/069179-0015 Zizhen G., Gun M., Li L., Mohammadi M. Eksperimental'noe issledovanie razrusheniya v smeshannom rezhime i raspredeleniya deformaciy vblizi vershiny treschiny obrazcov drevesiny, laminirovannyh kleem, s ispol'zovaniem modificirovannogo prisposobleniya arcon i korrelyacii cifrovyh izobrazheniy. Vsemirnaya konferenciya po derevoobrabotke (WCTE 2023). 2023: 111-118. DOI: https://doi.org/10.52202/069179-0015 Карлссон Дж., Исакссон П. Динамическое распространение трещин в древесноволокнистых композитах, проанализированное с помощью высокоскоростной фотографии и модели динамического фазового поля. Международный журнал твердых тел и структур. 2018; 144-145: 78-85. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.04.015 Karlsson Dzh., Isaksson P. Dinamicheskoe rasprostranenie treschin v drevesnovoloknistyh kompozitah, proanalizirovannoe s pomosch'yu vysokoskorostnoy fotografii i modeli dinamicheskogo fazovogo polya. Mezhdunarodnyy zhurnal tverdyh tel i struktur. 2018; 144-145: 78-85. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2018.04.015 Лин Ю., Сюй З., Чен Д., Ай З., Цю Ю., Юань Ю. Обнаружение трещин в древесине на основе сети семантической сегментации, управляемой данными. Журнал IEEE/ CAA Automatica Sinica. 2023; 10(6): 1510-1512. DOI: https://doi.org/10.1109/JAS.2023.123357 Lin Yu., Syuy Z., Chen D., Ay Z., Cyu Yu., Yuan' Yu. Obnaruzhenie treschin v drevesine na osnove seti semanticheskoy segmentacii, upravlyaemoy dannymi. Zhurnal IEEE/ CAA Automatica Sinica. 2023; 10(6): 1510-1512. DOI: https://doi.org/10.1109/JAS.2023.123357 Цао Х., Ли Г. Эффективный метод отслеживания трещин в древесине и определения их количества на основе технологии цифровой обработки изображений. 2021 13-я Международная конференция по машинному обучению и вычислениям: ICMLC 2021. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Ассоциация вычислительной техники. 2021; 304-309. DOI: https://doi.org/10.1145/3457682.3457728 Cao H., Li G. Effektivnyy metod otslezhivaniya treschin v drevesine i opredeleniya ih kolichestva na osnove tehnologii cifrovoy obrabotki izobrazheniy. 2021 13-ya Mezhdunarodnaya konferenciya po mashinnomu obucheniyu i vychisleniyam: ICMLC 2021. N'yu-York, N'yu-York, SShA: Associaciya vychislitel'noy tehniki. 2021; 304-309. DOI: https://doi.org/10.1145/3457682.3457728 Хуан К., Ли М., Фан С., Чжао Ю., Мао Ф. Исследование влияния поверхностных трещин древесины на характеристики распространения и энергетическое ослабление продольной акустической эмиссии. Исследование древесины. 2022; 67(5): 744-759. DOI: https://doi.org/10.37763/wr.1336-4561/67.5.744759 Huan K., Li M., Fan S., Chzhao Yu., Mao F. Issledovanie vliyaniya poverhnostnyh treschin drevesiny na harakteristiki rasprostraneniya i energeticheskoe oslablenie prodol'noy akusticheskoy emissii. Issledovanie drevesiny. 2022; 67(5): 744-759. DOI: https://doi.org/10.37763/wr.1336-4561/67.5.744759 Ту Дж., Чжао Д., Чжао Дж., Чжао К. Экспериментальное исследование возникновения и распространения трещин в древесине с трещиной LT-типа с использованием метода цифровой корреляции изображений (DIC) и акустической эмиссии (AE). Наука и технология о древесине. 2021; 55(6): 1577-1591. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-020-01252-8 Tu Dzh., Chzhao D., Chzhao Dzh., Chzhao K. Eksperimental'noe issledovanie vozniknoveniya i rasprostraneniya treschin v drevesine s treschinoy LT-tipa s ispol'zovaniem metoda cifrovoy korrelyacii izobrazheniy (DIC) i akusticheskoy emissii (AE). Nauka i tehnologiya o drevesine. 2021; 55(6): 1577-1591. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-020-01252-8 Го Ю., Чжу С., Чен Ю., Лю Д., Ли Д. Исследование на основе акустической эмиссии для характеристики точки зарождения трещин в композитах древесное волокно / HDPE. Полимеры. 2019; 11(4): 701. Дой: https://doi.org/10.3390/polym11040701 Go Yu., Chzhu S., Chen Yu., Lyu D., Li D. Issledovanie na osnove akusticheskoy emissii dlya harakteristiki tochki zarozhdeniya treschin v kompozitah drevesnoe volokno / HDPE. Polimery. 2019; 11(4): 701. Doy: https://doi.org/10.3390/polym11040701 Рейнпрехт Л., Шупина П. Сравнительная оценка методов контроля опор из пропитанной древесины: ультразвуковая оценка, оценка сопротивления сверлению и компьютерная томография. Европейский журнал древесины и изделий из дерева. 2015; 73(6): 741-751. DOI: https://doi.org/10.1007/s00107-015-0943-8 Reynpreht L., Shupina P. Sravnitel'naya ocenka metodov kontrolya opor iz propitannoy drevesiny: ul'trazvukovaya ocenka, ocenka soprotivleniya sverleniyu i komp'yuternaya tomografiya. Evropeyskiy zhurnal drevesiny i izdeliy iz dereva. 2015; 73(6): 741-751. DOI: https://doi.org/10.1007/s00107-015-0943-8 Пэн Л., Ван Х., Чжан Х., Синь З., Ке Д., Лэй З., Е К. Исследование влияния дефектов отверстий на теплопередачу древесины на основе инфракрасной термографии. Международный журнал термических наук. 2023; 191: 108295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2023.108295 Pen L., Van H., Chzhan H., Sin' Z., Ke D., Ley Z., E K. Issledovanie vliyaniya defektov otverstiy na teploperedachu drevesiny na osnove infrakrasnoy termografii. Mezhdunarodnyy zhurnal termicheskih nauk. 2023; 191: 108295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2023.108295 Руссу А.В., Шамаев В.А., Разинков Е.М., Зиемелис А. Исследование внутреннего трения натуральной и прессованной древесины березы (Betula pendula Roth). Лесотехнический журнал. 2023; 13, 1 (49), 236-256 ( на русском языке). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/16. Режим доступа https://elibrary.ru/item.asp?id=53814701 Russu A.V., Shamaev V.A., Razinkov E.M., Ziemelis A. Issledovanie vnutrennego treniya natural'noy i pressovannoy drevesiny berezy (Betula pendula Roth). Lesotehnicheskiy zhurnal. 2023; 13, 1 (49), 236-256 ( na russkom yazyke). DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/16. Rezhim dostupa https://elibrary.ru/item.asp?id=53814701 Шамаев В.А., Никулина Н.С., Медведев И.Н. Модификация древесины: монография. издание 2-е, переработанное. и дополнительно Воронеж: ВГЛТУ. 2022. 571 с. Режим доступа https://elibrary.ru/item.asp?id=50026105 Shamaev V.A., Nikulina N.S., Medvedev I.N. Modifikaciya drevesiny: monografiya. izdanie 2-e, pererabotannoe. i dopolnitel'no Voronezh: VGLTU. 2022. 571 s. Rezhim dostupa https://elibrary.ru/item.asp?id=50026105 Зарипов Ш.Г. Систематизация факторов, влияющих на растрескивание пиломатериалов из лиственницы при сушке древесины. Лесной журнал, 2018; 3: 127-136. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.3.127. Режим доступа https://elibrary.ru/item.asp?id=35018828 Zaripov Sh.G. Sistematizaciya faktorov, vliyayuschih na rastreskivanie pilomaterialov iz listvennicy pri sushke drevesiny. Lesnoy zhurnal, 2018; 3: 127-136. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.3.127. Rezhim dostupa https://elibrary.ru/item.asp?id=35018828