Lineární řezání evropského bukového dřeva: experimenty a výpočty

Linear woodcutting of European beech: experiments and computations

journal article in Web of Science

en

Hardwood species are becoming increasingly important with the growing need for a diversity of forests that have recently been facing global temperature changes or conifer pests. This further leads to the growth of its potential as a building material that may originate from sustainable production. As hardwoods need to be properly processed, the article deals with the disintegration of European beech. The influence of wood grain direction, uncut chip thickness and cutting speed on the cutting force magnitudes was experimentally investigated using the device with a rotating arm of approximately 4 m in diameter. Then, the disintegration process was modelled using the finite element method in Abaqus/Explicit. The developed material model consisting of orthotropic elasticity and plasticity with rate-independent and rate-dependent tensile–compressive failure asymmetry was implemented through the user subroutine, while the crack initiation and propagation were realized using the element deletion technique. The computationally predicted average values of cutting forces and chip shapes were, except for a few tests, in good agreement with the experiments. It means that the model may be used for further investigation, such as the influence of tool wear.

Druhy tvrdého dřeva začínají být čím dál více důležité s rostoucí potřebou diverzity lesů, které poslední dobou čelí globálním změnám teploty nebo škůdcům jehličnanů. Toto dále vede na růst jeho potenciálu jako stavebního materiálu, který může pocházet z udržitelné produkce. Jelikož tvrdá dřeva je nutné vhodně zpracovat, tak se článek zabývá desintegrací evropského buku. Experimentálně byl zjišťován vliv směru kresby dřeva, tloušťky neodřezané třísky a řezné rychlosti na velikosti řezných sil s použitím zařízení s rotujícím ramenem o průměru přibližně 4 m. Poté byl modelován desintegrační proces s pomocí metody konečných prvků v Abaqus/Explicit. Vyvinutý materiálový model sestávající z ortotropní elasticity a plasticity s časově nezávislou a časově závislou asymetrií porušení v tahu a tlaku byl implementován pomocí uživatelské subrutiny, zatímco iniciace trhliny a šíření byly realizovány pomocí techniky mazání prvku. Výpočtově predikované průměrné hodnoty řezných sil a tvarů třísek byly, až na několik testů, v dobré shodě s experimenty. To znamená, že model může být použitelný pro další výzkum, jako například vlivu opotřebení nástroje.

Hardwood species are becoming increasingly important with the growing need for a diversity of forests that have recently been facing global temperature changes or conifer pests. This further leads to the growth of its potential as a building material that may originate from sustainable production. As hardwoods need to be properly processed, the article deals with the disintegration of European beech. The influence of wood grain direction, uncut chip thickness and cutting speed on the cutting force magnitudes was experimentally investigated using the device with a rotating arm of approximately 4 m in diameter. Then, the disintegration process was modelled using the finite element method in Abaqus/Explicit. The developed material model consisting of orthotropic elasticity and plasticity with rate-independent and rate-dependent tensile–compressive failure asymmetry was implemented through the user subroutine, while the crack initiation and propagation were realized using the element deletion technique. The computationally predicted average values of cutting forces and chip shapes were, except for a few tests, in good agreement with the experiments. It means that the model may be used for further investigation, such as the influence of tool wear.

Řezné síly; řezná rychlost; tloušťka neodřezané třísky; směr kresby dřeva; simulace řezání dřeva

Cutting forces; Cutting speed; Uncut chip thickness; Wood grain direction; Woodcutting simulations

13.01.2023

Springer Nature

0043-7719

57

1

51–74

24