Damage evolution and acoustic emission of wood at tension perpendicular to fiber

Английский. This paper presents the tracing of damage evolution in spruce loaded in tension perpendicular to fiber direction by means of acoustic emission (AE) analysis. The two-dimensional burst source location in cross-sectional slabs of boards utilized full wave form recording of AE signals monitored by six simultaneously triggered multiple resonant longitudinal (p-)wave sensors and fast transient recorder PC cards. The location algorithm was based on the minimization of the run time differences between experimental and theoretical signal travel times. The latter accounted for the global polar material anisotropy leading to considerably variable off-axis wave velocities along the wave propagation paths, assumed to be straight; the employed orthotropic on- and off-axis p-wave velocities were obtained experimentally from ultrasound pulse measurements. Below 50% of the ultimate load generally very few burst events were recorded. At further increased load, burst agglomerations were predominantly associated to local areas of elevated stresses here resulting from the specific configuration of anisotropy and loading. For all specimens a distinct burst localisation was obtained in the range of 80 to 90% of the ultimate load, coincidingwell with the theoretically highest stressed areas of the fracture plane at brittle failure. The correlation of AE event rates with global strain allowed a tracing of the damage evolution especially when events in confined areas are regarded. Distinct damage localisation was then denoted by a clear AE rate increase, however, not accompanied by a global stiffness change. The investigations revealed that failure of spruce - and most probably of similar softwoods - in tension perpendicular to grain, although being very brittle from a macroscopic perspective, is preceded by progressive and localizing damage evolution on the micro-level which can be traced accurately in space and time by acoustic emission burst source analysis.

Немецкий. Der Aufsatz berichtet ueber die Verfolgung der Schaedigungsevolution von rechtwinklig zur Faserrichtung zugbeanspruchtem Fichtenholz mittels Schallemissions(SE)-Analyse. Die zweidimensionale Burst-Quellenlokalisierung in Querschnittsscheiben von Brettern erfolgte ueber die Aufzeichnung der gesamten Wellenform der SE-Signale, die mittels sechs gleichzeitig getriggerter, mehrfach resonanter Longitudinal(p)-Wellen Sensoren und schneller Transientenrecorder-PC-Karten registriert wurden. Der Lokalisierungs-Algorithmus fusste auf der Minimierung der Laufzeitunterschiede zwischen experimentellen und theoretischen Signal-Laufzeiten. Letztere wurden unter Beruecksichtigung der globalen polaren Materialanisotropie ermittelt,die zu deutlich veraenderlichen Wellengeschwindigkeiten laengs der als gerade angenommenen Wellenausbreitungspfade fuehrt; die verwendeten orthotropen on- und off-axis p-Wellengeschwindigkeiten wurden experimentell mittels Ultraschall-Pulsmessungen bestimmt. Unterhalb von 50% der Hoechstlast wurden im Allgemeinen sehr wenige Burst-Ereignisse aufgezeichnet. Bei weiter erhoehter Last traten Burst-Anhaeufungen ueberwiegend in Bereichen oertlich erhoehter Spannungen auf, die im betrachteten Fall aus der speziellen Konfiguration von Anisotropie und Belastung resultieren. Bei allen Pruefkoerpern wurde im Bereich von 80 bis 90% der Hoechstlast eine ausgepraegte Burst-Lokalisierung erhalten, die sehr gut mit den theoretisch hoechst beanspruchten Bereichen der Bruchflaeche beim Sproedbruchversagen uebereinstimmte. Die Korrelation der SE-Ereignisrate mit der globalen Dehnung ermoeglichte eine Verfolgung der Schaedigungsentwicklung, insbesondere wenn Ereignisse in oertlich begrenzten Gebieten betrachtet werden. Eine ausgepraegte Schaedigungslokalisierung war sodann durch einen deutlichen SE-Ratenanstieg ausgezeichnet, der jedoch nicht mit einer globalen Steifigkeitsaenderung verbunden war. Die Untersuchungen zeigten, dass dem aus makroskopischer Sicht sehr sproeden Versagen von Fichtenholz - und sehr wahrscheinlich von aehnlichen Holzarten - bei Zugbeanspruchung rechtwinklig zur Faserrichtung eine progressive und sich lokalisierende Schaedigungsevolution auf dem Mikrolevel vorausgeht. Letztere kann in sehr praeziser Orts- und Zeitaufloesung durch Quellenlokalisierung von Schallemissionen verfolgt werden.