Buckling capacity of axially loaded screws in timber
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3085309Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Master's theses (RealTek) [1722]
Sammendrag
Denne avhandlingen har som mål å validere Alioso et al.’s nye matematiske tilnærming tilknekking av skruer i treverk gjennom eksperimentelle tester og FEM-analyse. Effekteneav vinkel og tetthet, som ikke ble vurdert i den opprinnelige studien, undersøkes også.Laboratorietestene benyttet skruer med diametre på 6, 8 og 10 mm med lengder fra 100mm til 340 mm. Hver test involverte tre skruer, testet i vinkler på 0, 5 og 10 grader.Densiteten til limtreet ble også målt. Ingen av 6 mm skruene viste tegn til knekking, ogble dermed ikke vurdert videre. Disse eksperimentene ble deretter verifisert ved hjelpav FEM-analyse. Resultatene fra FEM-analysen samsvarte med de eksperimentelleresultatene.Resultatene fra denne studien viste at effekten av tetthet var langt mer betydelig enn detsom ble antydet av tidligere beregningsmodeller. Skruens vinkel hadde også en betydeligeffekt på kraften skruen kunne motstå. Gitt den store variasjonen som ble observertinnen alle parametre som ble sortert etter, er det rimelig å anta at materialene har størstinnflytelse. Selv om tre er et materiale med betydelig variabilitet, bør betydningen avstålet som brukes i skruen ikke undervurderes.Alioso et al.’s beregningsmodell viser seg å samsvare med eksperimentelle tester, spesieltfor 8 mm testene. Imidlertid var det en avvik for 10 mm skruene, både i de eksperimentelle testene og FEM-analysene. Knekkeformen for begge skruedimensjonene varsom beskrevet av Alioso et al. Årsaken til at 10 mm skruene hadde lavere knekningslastenn beregningene er ikke bevist. En hypotese er at det kan skyldes at større skruer haren høyere belastning, noe som fører til større knekkingskraft. Densitetsfunnene muliggjør denne hypotesen, da de viste at treverkets betydning for å støtte skruen er merkritisk enn tidligere beregninger har antydet.Denne oppgaven bekrefter funnene til Alioso et al. Videre fremhever den en tidligereundervurdert faktor og dermed et kunnskapshull som krever ytterligere forskning for åforbedre den matematiske formuleringen. This thesis aims to validate or challenge Alioso et al.’s work on timber screw bucklingthrough experimental and FEM analysis. The effects of inclination and density, notconsidered in the original study, are also examined.The laboratory tests utilized screws of 6, 8, and 10 mm diameters with lengths from100mm to 340mm. Each test involved three screws, tested at angles of 0, 5, and 10degrees. The density of the timber specimens was also measured. None of the 6 mmscrews underwent buckling, thus were not further evaluated. These experiments werethen verified using FEM analysis, with the experimental findings being reproduced andcompared with the results from the tests. The outcomes of the FEM analysis coincidedwith the experimental results.The results of this study demonstrated that the effect of density was far more significantthan what was suggested by the calculation model. Similarly, the angle of the screw alsohad a significant effect on the force the screw could withstand. Given the large variation observed within all sorting parameters, it is reasonable to infer that the materialshave the greatest influence. While wood is a material with significant variability, theimportance of the steel used in the screw should not be underestimated.Alioso et al.’s calculation model proves to correspond with experimental tests, speciallyfor the 8 mm tests. However, for the 10 mm screws, there was a deviation in both theexperimental tests and FEM analyses. The buckling form for both screw dimensionswas as described by Alioso et al. The reason for the 10 mm screws having a lower loadcapacity remains unclear, but one hypothesis is that it could be due to larger screwshaving a higher load, leading to greater buckling force. The density tests enabled thishypothesis, as they demonstrated the timber’s importance supporting the screw to bemore critical than previous calculations have suggested.This thesis confirms the findings of Alioso et al. Moreover, it highlights a previouslyunderestimated factor and thus a knowledge gap that requires further research to refinethe mathematical formulation.