Characterisation of the wood stiffness variability within the stem by the virtual fields method : application to P.pinaster in the LR plane

Identification de la variabilité des rigidités du bois à l'intérieur de l'arbre par la méthode des champs virtuels : application au P. pinaster dans le plan LR

José Xavier (1)

1 LMPF - Laboratoire de Mécanique et Procédés de Fabrication

In this work, an inverse approach for the identification of the LR stiffness parameters of maritime pine (P. pinaster) wood within the stem has been investigated. It is based on the application of the virtual fields method (VFM) to a rectangular specimen loaded with the Iosipescu fixture. This test has been designed in order to involve several in-plane stiffness components. The displacement fields have been measured by the grid method. The strain fields have been reconstructed from the measured displacement fields using a polynomial approximation scheme. The approach has been validated both numerically and experimentally. Two specimen configurations with grain at 0° and 45° have been compared. With the 0° configuration, only the Q11 and Q66 (longitudinal and shear stiffnesses) parameters have been identified with acceptable dispersion. The grain rotation of 45° has generated a redistribution of the strain fields allowing a better identification, namely for the Q22 (radial or transverse stiffness) parameter. The latter has been used in a subsequent study aiming at investigating the radial variability of the stiffnesses within the stem. It has been found that both Q22 and Q66 decrease from the pith to about the middle radius of the stem and increase afterwards to the outmost positions.

Dans ce travail, une méthode d'identification des paramètres de rigidité du bois a été étudiée et appliquée à l'essence pin maritime (P. pinaster) dans le plan LR. Cette approche est basée sur la méthode de champs virtuels (MCV) et sur la mesure de champs de déplacements sur une éprouvette parallélépipédique chargée avec le montage de cisaillement d'Iosipescu. Cet essai a été conçu afin d'activer plusieurs rigidités, générant des champs de déformation non homogènes. Ces champs ont été déduits à l'aide d'une méthode d'approximation polynomiale des champs de déplacement mesurés par la méthode de la grille. Les paramètres constitutifs ont ensuite été déterminés par la MCV. L'approche a été validée numériquement et expérimentalement. Deux configurations d'éprouvette avec le fil du bois orienté à 0° et à 45° ont été comparées. Avec la configuration à 0°, seuls les paramètres Q11 et Q66 (rigidités longitudinale et de cisaillement) ont été identifiés avec une dispersion acceptable. L'orientation à 45° a introduit une redistribution des champs de déformation permettant notamment une meilleure identification du paramètre Q22 (rigidité radiale ou transverse). Cette dernière configuration a été employée dans une étude concernant la variabilité radiale des rigidités à l'intérieur de la grume de l'arbre. Il a été constaté que Q22 et Q66 diminuent du centre à la moitié du rayon de la grume et augmentent après jusqu'à la périphérie.

Mots clés: Full-field measurements; Parameter identification; Iosipescu test; Virtual fields method; Wood

Mots clés: Bois; essais d'Iosipescu; Identification; Mesure de champs; Méthode des champs virtuels

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

José Xavier. Identification de la variabilité des rigidités du bois à l'intérieur de l'arbre par la méthode des champs virtuels : application au P. pinaster dans le plan LR. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2007. Français. ⟨NNT : 2007ENAM0030⟩. ⟨pastel-00003177⟩