Arboriculture & Urban Forestry 45(4): July 2019 Martin Brabec Department of Wood Science Faculty of Forestry and Wood Technology Mendel University in Brno Zemědělská 1, 613 00 Brno, Czech Republic
[email protected] Résumé. La défaillance d’un arbre peut être occasionnée par le bris du tronc, son déracinement ou la rupture d’une branche. Bien que l’on ait recours au test de traction pour les deux premières causes, il n’y a aucun dispositif ou méthode pour évaluer le seuil de rupture de branches. Une combinaison de technique optique, de test de traction et d’analyse de courbes charge-fléchissement pourrait fournir un outil de support pour ce type d’appréciation. Le but de ce travail est d’effectuer une analyse structurale de la réaction d’une branche soumise à une charge mécanique statique. Les analyses furent conduites par simulations d’éléments finis avec ANSYS utilisant un faisceau d’éléments coniques de sections transversales elliptiques. Les analyses numériques furent véri- fiées avec le test de traction combiné avec une estimation optique complexe afin d’évaluer la déflexion. Le système de conception probabiliste fut utilisé pour identifier les paramètres influençant la réaction mécanique de la branche à une charge considérant l’uti- lisation de la déflexion du faisceau en porte-à-faux pour l’analyse de stabilité. La différence de déflexion de la branche entre la si- mulation et le test est de 0.5% à 26%. La grande variabilité peut être expliquée par le module variable de l’élasticité des branches. L’analyse de sensibilité des éléments finis montra une signification plus élevée pour les paramètres de géométrie (diamètre, longueur, défilement, section transversale elliptique) que pour les propriétés matérielles (module d’élasticité). La rotation de l’ancrage (de la branche) s’est avéré significatif, suggérant que ce paramètre pourrait affecter le résultat lors de l’analyse mécanique du com- portement de la branche. L’ancrage de la branche (dans le tronc) peut influencer la déflexion de toute la branche, ce qui devrait être considéré dans l’appréciation de la stabilité. Zusammenfassung. Das Versagen eines Baumes kann durch Stammbruch, Entwurzelung oder Astbruch verursacht werden. Während der Zugversuch verwendet wird, um die ersten beiden Fälle zu untersuchen, gibt es keine Geräte-unterstützte Methode, um den möglichen Astbruch zu untersuchen. Eine Kombination der eingehenden Inaugenscheinnahme, Zugversuch und Deflek- tionskurvenanalyse könnte eine Geräte-unterstützte Methode sein, um diese Untersuchung durchzuführen. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, eine Strukturanalyse der Astreaktion auf statisch- mechanische Lasteinträge zu erzeugen. Die Analysen wurden ausgeführt durch eine Finite-Elemente-Methode in ANSYS unter Verwendung von balken-verjüngten Elementen der elliptischen Querschnitte. Die numerischen Analysen wurden durch den Zug- versuch in Kombination mit einer eingehenden Inaugenschein- nahme des Biegeverhaltens durchgeführt. Das Probalistische Design System wurde zur Identifizierung der Parameter verwen- det, welche die mechanische Reaktion der Äste auf Lasteintrag beeinflusst unter Inbetrachtziehung der Auslegerbalkenablen- kung für die Stabilitätsanalyse. Die Unterschiede bei dem Biege- verhalten der Äste zwischen der Simulation und dem Experiment ist 0.5% zu 26 %. Die hohe Variabilität könnte durch den variablen 131 Modus der Elastizität der Äste erklärt sein. Die Finite-Elemente- Sensitivitätsanalyse zeigte eine höhere Signifikanz der geometri- schen Parameter (Durchmesser, Länge, Verjüngung, elliptischer Querschnitt) als die Materialeigenschaften (elastische Moduli). Die Verankerungsrotation wurde als signifikant eingestuft, was bedeutet, dass dieser Parameter das Ergebnis der mechanischen Analyse des Astverhaltens beeinflussen könnte. Die Astveranke- rung kann die Biegung des ganzen Astes beeinflussen, was bei der Stabilitätsprüfung beachtet werden sollte Resumen. La falla de un árbol puede ser causada por una rotura del tallo, falla de la raíz o rotura de una rama. Si bien la prueba de tracción se usa para evaluar los dos primeros casos, no hay un método compatible para evaluar la falla de la rama. Una combi- nación de la técnica óptica, la prueba de tracción y el análisis de la curva de deflexión podrían proporcionar una herramienta com- patible para este tipo de evaluación. El objetivo del trabajo era realizar un análisis estructural de la respuesta de la rama a la carga mecánica estática. Los análisis se llevaron a cabo mediante simu- laciones de elementos finitos en ANSYS utilizando elementos cónicos de haz de secciones elípticas. Los análisis numéricos se verificaron mediante la prueba de tracción combinada con una evaluación óptica sofisticada de la evaluación de deflexión. El sistema de diseño probabilístico se utilizó para encontrar los parámetros que influyen en la respuesta mecánica de la rama a la carga, considerando el uso de la desviación de la viga en voladizo para el análisis de estabilidad. La diferencia en la deflexión de la rama entre la simulación y el experimento es de 0.5% a 26%. La alta variabilidad puede explicarse por el módulo variable de la elasticidad de las ramas. El análisis de sensibilidad de elementos finitos (FE) mostró una mayor importancia de los parámetros geométricos (diámetro, longitud, estrechamiento, sección trans- versal elíptica) que las propiedades del material (módulos elásticos). Se encontró que la rotación del anclaje era significativa, lo que implica que este parámetro puede afectar el resultado en el análi- sis mecánico del comportamiento de la rama. El anclaje puede influir en la deflexión de toda la rama, lo que debe considerarse en la evaluación de la estabilidad. ©2019 International Society of Arboriculture
July 2019
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