Civil Engineering CMU

Course Explorer
banner ce 215

W1: Wood Properties

  การทดสอบกำลังอัดของไม้

Compression Test of Wood

 

ไม้เป็นวัสดุแบบ orthotropic material ซึ่งมีคุณสมบัติทางกล เช่น กำลัง(strength),โมดูลัสยืดหยุ่น(modulus of elasticity), และ Poisson’s ratio เป็นต้น  ที่แตกต่างกันในแกนตั้งฉากหลัก3 แกนคือในแนวแกน(longitudinal) ของต้นไม ในแนวรัศมี(radial) ของหน้าตัดและในแนวเส้นสัมผัส(tangential) ของวงปี รูปแสดง compressive stress-strain diagram  ของไม้ในแนวขนานเสี้ยนไม้และในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้(ซึ่งไม้ได้อยู่บนscale เดียวกัน) เราจะเห็นได้ว่า ไม่มี stress-strain curve ซึ่งขึ้นอยู่กับทิศทางการทดสอบ เมื่อไม้ถูกแรงกดอัดในแนวขนานเสี้ยนไม้แล้วstress-strain curve จะมีลักษณะเกือบเป็นเส้นตรงจนถึงจุดวิบัติ  ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่คล้ายคลึงกับวัสดุเปราะ  แต่เมื่อไม้ถูกแรงกดอัดในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้แล้ว stress-strain curve จะมีลักษณะที่คล้ายคลึงกับวัสดุเหนียว แต่ในทั้งสองกรณี ไม้ไม่มีจุดคลาก (yielding point)  ที่ชัดเจนดังนั้นจุดproportional limit มักจะถูกใช้เป็นจุดที่กําหนดกําลังรับแรงในช่วงยืดหยุ่นของไม้(elastic strength)

    

     รูปที่ 1 compressive stress-strain diagram ของไม้ในแนวขนานเสี้ยนไม้และในแนวตั้งฉากกับเสี้ยนไม้

ทฤษฎี

กำลังต้านทานแรงอัดของไม้ขนานกับแนวเสี้ยนไม้หาได้ดังนี้ โดย

  • =    เป็นแรงอัดสูงสุด
  • A    =    เป็นพื้นที่รับแรงอัด

กำลังต้านทานแรงอัดขนานและตั้งฉากกับแนวเสี้ยนไม้ที่ Proportional สามารถคำนวณจากกราฟ แรงอัด - ระยะหดตัวของไม้ ตัวอย่างดังนี้

โดย

  • =    กำลังต้านทานแรงอัดของไม้ที่ Proportional Limit
  • PP   =    แรงอัดที่ Proportional Limit

ยังโมดูลัสของไม้ในลักษณะการรับแรงอัดขนานและตั้งฉากกับแนวเสี้ยนไม้ หาได้ดังนี้

โดย 

  • E    =    ยังโมดูลัสของไม้ในลักษณะการรับแรงอัด
  • L    =    ความยาวของไม้ตัวอย่าง
  • =   ช่วงความแรงอัดที่เพิ่มขึ้นในขอบเขตของการเป็นสัดส่วน
  • =    ช่วงระยะหดตัวของตัวอย่างภายใต้ช่วงการเปลี่ยนแปลงแรงอัด P

 แบบการแตกหักภายใต้แรงอัด

  1. การแตกหักโดยถูกบี้ (Crushing) การแตกหักแบนี้เกิดขึ้นเมื่อระนาบของระยะแตกเป็นระนาบราบโดยประมาณ
  2. การแตกหักโดยปริเป็นรูปลิ่ม (Wedge Split) ทิศทางของรอยปริอาจจะอยู่ในแนวรัศมีหรือสัมผัสกับวงปี
  3. การแตกหากโดยถูกเฉือน (Shearing) การแตกหักแบบนี้ ระนาบของรอยแตกทำมุมมากกว่า 45 องศากับระนาบราบ
  4. การแตกหักโดยปริออก (Splitting)ปกติเกิดขึ้นกับตัวอย่างที่มีรอยปริรอยร้าวตาไม้อยู่ภายในก่อนทดสอบการแตกหักแบบนี้ใช้เป็นหลักสำหรับเลือกสรรตัวอย่าง
  5. การแตกหักโดยถูกอัดและเฉือนขนานแนวเสี้ยน (Compression and Shearing Parallel to Grain) การแตกหักแบบนี้ปกติเกิดขึ้นในตัวอย่างที่มีลายไขว้
  6. การแตกหักโดยค่อย ๆ ถูกบี้ตรงปลายข้างใดข้างหนึ่ง (Brooming or End-Rolling) ปกติเกิดขึ้นควบคู่กับการตัดตัวอย่างไม่ดีหรือมีความชื้นมากบริเวณปลายขอบตัวอย่างหรือทั้งสองกรณีร่วมกันการแตกหักแบนี้มักจะทำให้ตัวอย่างรับแรงได้น้อย เป็นการแตกหักที่ใช้หากำลังรับแรงอัดของตัวอย่างไม่ได้

 

   

                                                       รูปภาพแสดงลักษณะการวิบัติของไม้

         ที่มา: ASTM D 143 Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber

วัตถุประสงค์

  1. เพื่อศึกษาพฤติกรรมของไม้ภายใต้แรงอัดในแนวตั้งฉากและขนานกับแนวเสี้ยน
  2. เพื่อศึกษาลักษณะการวิบัติของไม้ที่รับแรงอัดในแนวตั้งฉากและขนานกับแนวเสี้ยนไม้
  3. เพื่อหาคุณสมบัติของไม้รับแรงอัดในแนวตั้งฉากและขนานกับแนวเสี้ยนไม้

เอกสารอ้างอิง

 มาตรฐาน  ASTM D 143 Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber

วัสดุทดสอบ

1. ไม้ตัวอย่างมาตรฐาน 3 ชิ้น ขนาด 5 x 5 x 20 ซม. สำหรับทดสอบแรงอัดขนาดเสี้ยน

                      

2. ไม้ตัวอย่างมาตรฐาน 3 ชิ้น ขนาด 5 x 5 x 15 ซม. สำหรับทดสอบแรงอัดตั้งฉากเสี้ยน

                      

เครื่องมือทดสอบ                                                 

1. เครื่องทดสอบ Universal Testing Machine

2. Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 มม.และมีความละเอียดในการวัดถึง 0.1 มม.

3. Dial gage

              

4. เครื่องชั่งละเอียดถึง0.1 กรัม

5. ตลับเมตร

วิธีทดสอบ

1. ชั่งน้ำหนักและวัดขนาดตัวอย่างให้ละเอียดถึง 0.1 กรัมและ 0.1 ซม. ตามลำดับ

           

2. ใส่ตัวอย่างไม้เข้ากับเครื่องมือทดสอบ

3. เริ่มทำการทดสอบโดยรักษาอัตราเร็วของหัวกดไม่ให้เกิน 0.003 ซม./ความยาวตัวอย่าง, ซม./นาที สำหรับการทดสอบแรงอัดขนานแนวเสี้ยน และไม่เกิน 0.3 มม./นาที สำหรับการทดสอบแรงอัดตั้งฉากกับแนวเสี้ยน

4. อ่านค่าน้ำหนักกับระยะหดของตัวอย่าง จนกระทั่งตัวอย่างเสียหาย

5. อ่านค่าน้ำหนักสูงสุด

6.สเก็ตแบบการแตกหักของตัวอย่าง

แรงอัดขนานกับเสี้ยนไม้

 แรงอัดตั้งฉากกับเสี้ยนไม้

ตารางบันทึกผลการทดสอบ

 

แรงอัดขนานเสี้ยนไม้

 

แรงอัดตั้งฉากเสี้ยนไม้

 

            

 

 


 

การทดสอบกำลังดัดของไม้

Flexure Test of Wood

ทฤษฎี

กำลังรับแรงดัดสูงสุดของไม้ (Flexure Strength) เป็นคุณสมบัติของไม้ในองค์อาคารต่าง ๆ ที่ต้องต้านแรงกระทำโดยพฤติกรรมดัดงอขององค์อาคาร คุณสมบัติเชิงกลที่สำคัญซึ่งเป็นตัวควบคุมการใช้ไม้ในกรณีนี้คือ กำลังดัดหรือหน่วยแรงดัดที่จุดสัดส่วนซึ่งคำนวณจากผลการทดลองดังนี้

โดย

  • =    หน่วยแรงดัดที่จุดสัดส่วน,กก./ซม.2
  •  =    น้ำหนักกระทำที่จุดสัดส่วน, กก.
  • L     =    ความยาวช่วงพาด,ซม.
  • S     =    Section Modulus, ซม.3

ในการทดสอบหากำลังดัดนี้โดยปกติเราจะทำการศึกษาถึงการแอ่นตัวของคาน เนื่องจากค่าน้ำหนักกระทำซึ่งโดยทั่วไปเมื่อเราหาความสัมพันธ์บนกราฟจะได้รูปลักษณ์ต่อไปนี้

ที่มา : Materials Testing in Civil Engineering,งบวิจัย สกว. ปีงบประมาณ2547-2548 RUMTT, RMUTR, KMUTT,2006

 

                               

ที่มา : Materials Testing in Civil Engineering,งบวิจัย สกว. ปีงบประมาณ2547-2548 RUMTT, RMUTR, KMUTT,2006

ค่าโมดูลัสแห่งความยืดหยุ่นของไม้นี้เราจะสามารถคำนวณโดยทางอ้อมจากข้อมูลของน้ำหนักกระทำและค่าการแอ่นตัว ดังนี้

สมการนี้เราจะได้ว่า

 

โดย

  •       =    ระยะแอ่นตัวของคาน ณ แรงกระทำที่จุดสัดส่วน, ซม.
  • I        =    Modulus of Inertia, ซม.4

โมดูลัสแห่งการประลัยของคานในการรับแรงดัดเป็นค่าหน่วยแรงสมมติที่คำนวณจากสูตรแรงดัดถือว่าความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยแรงและหน่วยการยึดตัวเป็นเส้นตรงเมื่อวัสดุกำลังจะประลัย ค่าตัวเลขที่คำนวณได้นี้ใช้เป็นตัวเลขเปรียบเทียบกำลังของไม้ชนิดต่าง ๆ ได้ การคำนวณหาได้ดังนี้

โดย

  • R       =    Modulus of  Rupture, กก./ซม.2
  • Pmax   =    น้ำหนักสูงสัด, กก.

 

วัตถุประสงค์

เพื่อศึกษาคุณสมบัติของไม้ในการรับโมเมนต์ดัดและรูปแบบการประลัยของไม้

เอกสารอ้างอิง           

มาตรฐาน ASTM D 143 Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber

วัสดุตัวอย่าง   

ตัวอย่างไม้ ขนาด 5 x 5 x 76 ซม. จำนวน 3 ตัวอย่าง

เครื่องมือทดสอบ                                                 

1. เครื่องทดสอบ Universal Testing Machine

2. Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 มม.  และมีความละเอียดในการวัดถึง 0.1 มม.

3. เกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge)

4. เครื่องชั่งละเอียดถึง0.1 กรัม

5.ตลับเมตร

วิธีทดสอบ

1. วัดขนาดและชั่งน้ำหนักของวัสดุตัวอย่างทั้งสามชิ้น หมายเหตุสีและตำหนิของไม้ตัวอย่าง

            

2. จัดตัวอย่างบนที่รองรับ จดค่าช่วงพาดของตัวอย่างพร้อมกันนี้ให้ใส่หัวกดสำหรับทดสอบแรงดัด

            

3. จัดเกจที่วัดระยะแอ่นตัวที่กึ่งกลางของช่วงพาด

4. ทำการทดสอบโดยจดค่าน้ำหนักต่าง ๆ และระยะแอ่นตัวที่เกิดขึ้น ณ ช่วงต่าง ๆ ควรรักษาความเร็วของการทดสอบที่ทำให้เกิดค่าหน่วยแรงดัดไม่เกิน 150 กก./ซม.2 ในหนึ่งนาที

ตารางบันทึกผลการทดสอบ

ความยาวของช่วงพาด…………………………..ซม.

 

 

 


 

การทดสอบความแข็งของไม้

Hardness Test of Wood

ความแข็ง หมายถึง ความต้านทานของวัสดุ ชนิดหนึ่ง(ไม้)ต่อการสอดแทรกโดยใช้วัสดุ จากแรงอีกชนิดหนึ่ง(เหล็ก)การทดสอบความแข็งสำหรับไม้มีประโยชน์ในการเลือกไม้ไปใช้งานที่ต้องทนต่อการขีดข่วนเสียดสี เป็นประจำ เช่น พื้น( Floor) ไม้ปาเก้ ( Parquet) อุปกรณ์ กีฬา ( Sports Goods) เครื่องเรือน (Furniture) เป็นต้น ความแข็งของไม้ทางด้านรัศมี(Radial)และด้านสัมผัส( Tangential)ไม่แตกต่างกันอย่างเด่นชัด ส่วนความแข็งทางด้านหน้าตัด(Cross-Section)มีค่าสู งกว่าทางด้านกว้าง (ด้านรัศมีและด้านสัมผัส)

ทฤษฎี

ความแข็งแรงของไม้คำนวณจากสูตร

โดย

  • B.H.N. = ค่าระดับความแข็งแบบบริเนล (กก./ตร.ซม.)
  • P = น้ำหนักที่กระทำบนลูกปืน (กก.)
  • D = เส้นผ่าศูนย์กลางของลกปืนเหล็ก (ซม.)
  • t  = ความลึกของรอยประทับ (ซม.)

ในการทดลองรั้งนี้เราจะควบคุมให้ความลึกของรอยประดับ

ดังนั้นจึงได้สูตร       B.H.N.   =   

วัตถุประสงค์

เพื่อศึกษาความแข็งแรงของไม้

มาตรฐานอ้างอิง

ASTM D 143 Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber

วัสดุตัวอย่าง    

ไม้ ขนาด 2 x 2 x 4 ซม.

ไม้ขนาด 2 x 2 x 6 ซม.

เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบ                                         

1. เครื่องทดสอบ Universal Testing Machine

2. Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 มม.  และมีความละเอียดในการวัดถึง 0.1 มม.

3. เกจวัดการเคลื่อนที่ (Dial Gauge)

4. เครื่องชั่งละเอียดถึง0.1 กรัม

5.ตลับเมตร

วิธีทดสอบ

1.วัดขนาดของตัวอย่างให้ละเอียดถึง 1 มม. และชั่งน้ำหนักให้ละเอียดถึง 0.1 กรัม        

2.  ติดอุปกรณ์ (ประกอบด้วยลูกปืนเหล็กกล้าขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 มม. และ dial gage สำหรับอ่านความลึกของรอยประทับ)เข้ากับแผ่นของเครื่อง วางตัวอย่างไม้บนแผ่นล่างของเครื่องกด

           

3. เดินเครื่องจนกระทั่งตัวอย่างไม้แตะกับลูกปืน แต่ง dial gage ให้อ่านศูนย์

4. เริ่มดำเนินการทดลองโดยเดินเครื่องเพื่อกดลูกปืนเข้าไปในเนื้อไม้โดยรักษาอัตราการกดให้สม่ำเสมอประมาณ 0.5 มม./นาที อ่านค่าแรงที่ใช้เมื่อความลึกของรอยประทับมีค่าเท่ากับ 0.32 มม.

ตารางบันทึกผลการทดสอบ

  • ขนาดของตัวอย่าง (กx ย x ส)                              ………………   ซม.
  • น้ำหนัก                                                                  ………………   กรัม
  • เส้นผ่าศูนย์กลางขอลูกปืนเป็นเหล็กกล้า           ………………   มม.

 


 การทดสอบกำลังเฉือนของไม้

Shear Test of Wood

“กำลังต้านทานแรงเฉือนของไม้”  หมายถึงความสามารถของไม้ในการต้านทานแรงที่จะทำให้ส่วนของหน้าตัดไม้ที่อยู่ในระนาบเดียวกับแนวแรงเลื่อนออกจากกัน

ทฤษฎี

กำลังรับแรงเฉือนของไม้ตามเสี้ยนสามารถคำนวณได้ดังนี้

  

โดย

  • =    หน่วยแรงเฉือนนานเสี้ยนของไม้, กก./ซม.2
  • Pmax   =    แรงเฉือนสูงสุด, กก.
  • A    =    พื้นที่รับแรงเฉือน, ซม.2

วัตถุประสงค์

เพื่อศึกษากำลังรับแรงเฉือนโดยตรง (Direct Shear) ของไม้

มาตรฐานที่ใช้ในการทดสอบ

ASTM D 143 Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber

วัสดุทดสอบ  

ไม้ ขนาด 50 x 50 x 63 มม. จำนวน 3 ชิ้น

เครื่องมือทดสอบ

1. เครื่องทดสอบ Universal Testing Machine

2. เครื่องทำการเฉือน (Shear Tools)

3. Vernier Caliper ที่มีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.05 มม.  และมีความละเอียดในการวัดถึง 0.1 มม.

4. ตลับเมตร

วิธีทดสอบ

1. วัดขนาดของตัวอย่างและชั่งน้ำหนัก ให้สังเกตการเรียงตัวของเสี้ยนในรอยบากที่จะทำการเฉือน พร้อมทั้งจดตำหนิต่าง ๆ ของตัวอย่าง

2. จัดตัวอย่างเข้าเครื่องทำการเฉือน (Shear Tools) การจัดตัวอย่างก่อนทำการทดสอบนั้นให้ตรวจสอบว่าตำแหน่งที่วางตัวอย่างแนบสนิทกับชิ้นส่วนต่าง ๆ ในเครื่องทำการเฉือน จากนั้นทำการเลื่อนหัวเฉือน (Sliding Block) มาวางให้พร้อมก่อนทำการทดลอง

3. จัดตัวอย่างพร้อมเครื่องทำการเฉือนให้อยู่บริเวณรับแรงอัดของเครื่อง

4. เริ่มทำการทดลองโดยรักษาความเร็วของการทดสอบให้เกิดค่าหน่วยแรงเฉือนไม่เกิน 60 กก./ซม.2/นาที

5. ค่าน้ำหนักสูงสุดที่อ่านได้จะต้องเพิ่มค่า 1.5 กก. ซึ่งเป็นค่าน้ำหนักของหัวเฉือนที่กดอยู่บนตัวอย่าง

ตารางบันทึกผลการทดสอบ

  • น้ำหนักของหัวเฉือน = ………………………..กก. (ชั่งตรวจสอบ)