Analysis of cross laminated timbers with finite element method

Öz

The bending behavior of cross-laminated timber (CLT) under the imposed load was examined using the Finite Element Method (FEM) in the study. For this reason, the bending properties of CLTs made of Uludağ fir and black pine wood in the literature were used and compared with the study results. Specimens were modeled using ANSYS finite element software, taking into account the orthotropic material properties of the wood and the gluing used in lamination. While the load-deformation curve of the CLT made of Uludağ fir wood moved away from the linear region after imposing a load of 700 N, it moved away from the linear region after 1400 N for the CLT made of black pine wood. While the deformation under 800 N was 10.50 mm in CLTs made of Uludağ Fir wood, it was 13.85 mm in those of black pine wood. Besides, the load-deformation curves obtained from numerical analyses were compatible with the load-deformation curves in the data where the experimental results were shown. The results come into prominence in terms of the use of wood species - cut from native trees - in the wood construction industry by simulating them in a computerized environment using the orthotropic properties of black pine and Uludağ fir wood.

Anahtar Kelimeler

• Finite element method
• Cross laminated timber
• Bending properties
• Abies bornmulleriana
• Pinus nigra.

Çapraz lamine kerestelerin sonlu elemanlar metodu ile analizi

Öz

Çalışmada, Çapraz Lamine Kerestelerin (ÇLK) Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) ile yük altında eğilme davranışları incelenmiş; literatürde yer alan Uludağ göknarı ve karaçam odunundan elde edilen ÇLK’lerin eğilme özellikleri kullanılmış ve çalışma sonuçları ile karşılaştırılmıştır. ANSYS sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak ahşap mal-zemenin ortotropik malzeme özellikleri ve laminasyonda kullanılan tutkallama dikkate alınarak modeller oluştu-rulmuştur. Uludağ göknarı odunundan elde edilen ÇLK’lerde malzemenin yük-deformasyon eğrisi 700 N yük uygulamasından sonra lineer bölgeden uzaklaşırken, karaçam odunundan elde edilen ÇLK’lerde ise 1400 N’dan sonra uzaklaşmaktadır. Uludağ göknarı’ndan elde edilen ÇLK’lerde 800 N altındaki deformasyon 10,50 mm iken karacam odunundan elde edilen ÇLK’lerde ise 13,85 mm’dir. Ayrıca, nümerik analizlerden elde edilen yük-deformasyon grafikleri ile deneysel sonuçların gösterildiği verilerdeki yük-deformasyon eğrileri uyumludur. Çalış-manın sonuçları, karaçam ve Uludağ göknarı odunundan elde edilen ÇLK’lerin ortotropik özellikleri kullanılarak bilgisayarlı ortamda simüle edilmesi yerli odun türlerimizin yapı sektöründe kullanılması açısından önem arz etmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Sonlu elemanlar metodu
• Çapraz lamine keresteler
• Eğilme özellikleri
• Uludağ göknarı
• Karaçam.

Kaynakça

1. Diaz, A.R., Flores, E.I.S., Yanez, S.J., Vasco, D.A., Pina, J.C., 2019. Multiscale modeling of the thermal conductivity of wood and its application to cross-laminated timber. International Jo-urnal of Thermal Sciences, 144: 79-92. Doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2019.05.016
2. Eppstein, D., 2001. Global Optimization of Mesh Quality. Univ. of California. Dept. of Information and Computer Science. arnold-neumaier.at/glopt/mss/Epp01.pdf (Erişim tarihi: 17 Nisan 2024)
3. Güntekin, E., 2004. Kavelalı mobilya köşe birleştirmelerinin sonlu elemanlar analizi. Türkiye Ormancılık Dergisi 5(1): 159-172. Doi.org/10.18182/tjf.22108
4. Haftkhani, A.R., Hematabadi, H., 2022. Effect of layer arran-gement on bending strength of cross-laminated timber (CLT) manufactured from poplar (Populus deltoides L.). Buildings, 12(5): 608. Doi.org/10.3390/buildings12050608
5. Kozaric, L., Purcar, M.V., Tekic, Z., Besevic, M., Zivkovic, S., 2020. Dynamic characteristics of CLT panels: Computer model-ling and simulations. Proceeding of IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 789(1): 012031, Doi.org/10.1088/1757-899X/789/1/012031
6. Okuni, I.M., Bradford, T., 2021. Modelling of elevated tempera-ture performance of adhesives used in cross laminated timber: An application of ANSYS Mechanical 2020 R1 Structural Analysis Software. Environ. Sci. Proc., 3(1): 46. Doi.org/10.3390/IECF2020-07902
7. Şirin, G., Aydemir, D., 2016. Sonlu Elemanlar Metodunun ahşap malzemelerde kullanımına ilişkin bir araştırma. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 18(2): 205-212. Doi.org/1027011/barofd.272971
8. Tavşan, C., Şahiner Tufan, A., Tavşan, F., 2022. Ekolojik mal-zeme olan ahşapla yapılan çok katlı yapılar. Mimarlık ve Yaşam, 7(1): 291-309. Doi.org/10.26835/my.1018854

9. Topçu, M., Taşgetiren, S., 1998. Mühendisler İçin Sonlu Eleman-lar Metodu, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ya-yını. ISBN: 9756992034
10. URL-1: PUU-Info. Ürün Satın Alma Kılavuzu. puuinfo.fi/wp-con-tent/uploads/2020/08/ahsap_urun_satin_alma_kilavuzu_2018.pdf (Erişim tarihi: 17 Nisan 2024)
11. Uysal, M., Eren, O., Karatay, H., Memiş, D., 2022. Uludağ gök-narı ve karaçam odunlarından elde edilen çapraz lamine kereste-lerinin eğilme özeliklerinin incelenmesi. Türkiye Ormancılık Dergisi, 23(4): 313-319. Doi.org/10.18182/tjf.1166361
12. Vilguts, A., Serdjuks, D., Pakrastins, L., 2015. Design methods of elements from cross-laminated timber subjected to flexure. Procedia Engineering, 117: 10-19. Doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.117
13. Yilmaz Aydin, T., Ozveren, A. 2019. Effects of moisture con-tent on elastic constants of fir wood. European J. Wood and Wood Prod. 77: 63–70. Doi.org/10.1007/s00107-018-1363-3