Orientation and position effects of a local heterogeneity on flexural vibration frequencies in wooden beams

Abstract

Studying the influence of defect on the dynamic behavior of wood in order to detect the local heterogeneities is of great importance in non-destructive testing of wood. The natural heterogeneities in wood are oriented in a volume. However, one- dimensional models are still used in dynamic characterization of wooden beams. The aim of this study was to experimentally investigate the effects of the orientation and position of an artificial defect on the flexural vibration frequencies. Different batches of Fagus orientalis specimens were drilled in the radial direction at five positions along the specimen. Dynamic tests in free flexural vibration were performed on the specimens before and after drilling both in the longitudinal-radial (LR) and longitudinal-tangential (LT) bending plan. The behavior in free flexural vibration was found to be different depending on the position and orientation of heterogeneity. When the drilling axis lies in the bending plane (LR), the weakening of frequency was maximal at the location of an antinode of vibration. On the contrary, the frequency offset was maximal in the place of a vibration node when the drilling axis was orthogonal to the bending plane (LT).

Estudar a influência de um defeito sobre o comportamento dinâmico da madeira, a fim de detectar as heterogeneidades locais, é de grande importância em ensaios não destrutivos. As heterogeneidades naturais da madeira são orientadas em um volume. Entretanto, modelos unidimensionais ainda são utilizados para a caracterização dinâmica de vigas de madeira. Objetivou-se, neste estudo, investigar experimentalmente os efeitos da orientação e da posição de um defeito artificial nas frequências de vibração de flexão. Diferentes lotes de amostras de Fagus orientalis foram perfurados na direção radial, em cinco posições, ao longo do comprimento da amostra. Os ensaios dinâmicos em vibração de flexão livre foram realizados nas amostras antes e depois da perfuração nos planos de flexão longitudinal-radial (LR) e longitudinal-tangencial (LT). O comportamento em vibração de flexão livre foi diferente em função da posição e da orientação da heterogeneidade. Quando o eixo de perfuração estava no plano de flexão (LR), o enfraquecimento das frequências foi máximo, no local de um antinode de vibração. O deslocamento de frequência, apresentou comportamento contrário, ou seja, foi máximo na zona de um nó de vibração, quando o eixo de perfuração era ortogonal em relação ao plano de flexão (LT).