Estimation of the dynamic elastic properties of wood from Copaifera langsdorffii Desf using resonance analysis

Abstract

Analysis of transverse vibrations has been identified as a simple, inexpensive, fast and effective method of characterizing the elastic properties of several materials, including wood. The objective of this study is to evaluate the dynamic elastic properties of wood from Copaifera langsdorffii through resonance analysis. A linear correlation was observed, with a coefficient of determination of 0.88, between the dynamic modulus of elasticity (Ed), as determined by BING (resonance analysis), and the static modulus of elasticity (E), as determined by a universal testing machine, for wood samples of Copaifera langsdorffii. A moderate correlation was observed (0.69) between the Ed and the apparent density (D) of the samples. The shear modulus (G) was negatively correlated with D, E, and Ed, yet not significantly. The specific modulus, which is the stiffness to density ratio, was linearly correlated with the internal damping. This viscoelastic correlation is rarely reported in literature and indicates, for instance, wood quality for the manufacture of musical instruments. The BING system provided fast, reliable results for estimation of elastic properties, particularly stiffness, in wood of Copaifera langsdorffii.

A análise de vibrações transversais tem sido apontada como um método de baixo custo, simples, rápido e eficiente para caracterizar as propriedades elásticas de diversos materiais, incluindo a madeira. Neste trabalho, objetivou-se avaliar as propriedades elásticas dinâmicas da madeira de Copaifera langsdorffii por meio da análise de ressonância. Verificou-se uma correlação linear que apresentou coeficiente de determinação de 0,88 entre o módulo de elasticidade dinâmico (Ed), determinado pelo BING (análise de ressonância) e o módulo de elasticidade estático (E), determinado por meio de uma máquina universal de ensaios para as amostras de lenho de Copaifera langsdorffii. Houve também correlação moderada (0,69) entre o Ed e a densidade aparente (D) das amostras. O módulo de cisalhamento (G) apresentou correlação negativa com a D, E e Ed, porém de baixa magnitude. O módulo específico, que é a relação entre a rigidez e a densidade da madeira, se correlacionou linearmente com o amortecimento interno. Essa relação viscoelástica é raramente relatada na literatura e indica, por exemplo, a qualidade da madeira para manufatura de instrumentos musicais. O sistema BING apresentou resultados confiáveis e rápidos para a estimativa das propriedades elásticas, notadamente a rigidez, em madeira de Copaifera langsdorffii.