Ny modell för träbeteende vid belastning under olika fukt- och temperaturförhållanden
Trä är ett naturligt växande material som har använts som byggnadsmaterial i århundraden. Dess höga fukthalt gör det dock svårt att använda som bärande konstruktioner utan torkningsprocesser. I en ny avhandling i byggteknik undersöker Winston Mmari samspelet mellan värme, fukt och transportmekanismer i trä och utvecklar en modell för att förutsäga träets beteende under mekanisk belastning och olika fukt- och temperaturförhållanden.
Trä har hög initial fukthalt och en kemisk sammansättning som gör att det är mycket känsligt för fukt. Fukthalten i trä påverkar dess fysiska och mekaniska egenskaper och kräver torkningsprocesser för användning i bärande konstruktioner. Att beskriva fukthaltsfördelning och transport av fukt i trä är utmanande, då trä består av olika faser och processer som till exempel absorption, avdunstning/kondensation och svällning/krympning av träfibrerna.
– Det primära målet med avhandlingen är att utveckla en modell som kan förutsäga det makroskopiska beteendet hos trä som vid mekanisk belastning även utsätts för varierande fukt- och temperaturförhållanden, säger Winston Mmari, doktor i byggteknik.
Trä utsatt för fukt eller belastning
I avhandlingen undersöks hur trä beter sig när det blir fuktigt eller utsätts för belastning. Träets egenskaper beskrivs och man använder teoretiska modeller för att förutspå dess beteende. Avhandlingen har fyra delar med modeller och simuleringar.
I första delen beskrivs hur fukt rör sig i trä. Modellen förbättras sedan i de följande delarna för att även ta hänsyn till fuktnivåer och förvrängningar av trä på grund av fuktighetsförändringar. Simuleringar utförs också för att testa modellerna. I den sista delen studeras hur trä spricker och en speciell modell används för detta. Genom simuleringar undersöks modellens förmågor och resultaten jämförs med experimentella observationer.
– Processerna för fuktupptagning och rörelse inom trä går hand i hand med värmeändringar i materialet, säger Winston Mmari. Min avhandling visar att dessa komplicerade fukttransportmekanismer i trä och de resulterande förvrängningarna och sprickorna kan beskrivas med modeller byggda på starka matematiska teorier och förutses genom datorsimuleringar.
Verktyg för analys och förutsägande
Studien kan vara till nytta både för dagens träindustri och för framtida forskning.
– Den utvecklade modellen kan användas som ett verktyg för analys och förutsägelse av beteendet hos träelement och strukturer, säger Winston Mmari. Modellerna kan användas för att undersöka och möjligtvis optimera torkprocesserna för trä. Dessutom hjälper resultaten från denna studie till att rikta forskare mot rätt riktningar för framtida experimentella och teoretiska undersökningar som syftar till att förbättra kunskapen och förståelsen av detta miljövänliga material.
Mer information
- Winston Mmari, doktor i byggteknik på institutionen för byggteknik, e-post mmari@lnu.se, telefon 0470-70 81 38
- Avhandlingen Multiphase continuum modeling of wood: A hybrid mixture theory approach
- Doktorandprojektet Numerisk modellering av kopplad värme- och masstransport i träprodukter
Kontakt
Winston Mmari, doktorand, 0470-70 81 38, winston.mmari@lnu.se,