A Study on the Estimation for the Compressive Strength of Member According to the Knot Types

Finite element numerical analysis was conducted with using the knot data which has a strong influence on the prediction of capacity for the structural wood member. Wood is a orthotropic property unlike other structural materials, so orthotropic property was applied. Knot was modelled as a cylinder shape, cone shape, and cubic shape. Compressive test was carried out to investigate the failure types and to calculate ultimate strengths for the wood members. Numerical model which can reflect the member size, number of knot, location of knot, size of knot was created and analyzed. By the numerical analysis using the ultimate compressive strength, numerical stress distribution types of each specimen was compared to real failure types for the test specimen. Cylinder shape modelling might be most reasonable, according to the necessary time for the analysis, the difficulty of element meshing, and the similarity of stress transfer around knot. Moreover, according to the stress and deformation distribution for the numerical analysis, failures or cracks of real specimen were developed in the vicinity of stress concentrated section and most transformed section. Based on the those results, numerical analysis could be utilized as a useful method to analyze the performance of bending member and tensile member, if only orthotropic property and knot modelling were properly applied.

옹이 형태별 소재의 압축강도 예측에 관한 연구

구조용 목재부재의 성능 예측에 가장 큰 영향을 끼치는 옹이를 활용하여 유한요소 수치해석을 실시하였다. 다른 구조용 재료와 달리 목재의 경우 직교이방성을 나타내기 때문에 이를 적용하였고 옹이를 실린더 형태, 원추형 형태, 육면체 형태로 모델화 하였다. 목재 부재에 대해 실제 압축강도실험을 실시하여 그 파괴형태를 파악하고 최대강도값을 계산하였으며, 각 부재의 치수와 옹이의 크기, 위치, 개수를 반영한 수치해석 모델을 제작하여 유한요소해석을 실시하였다. 실험에서 얻어진 최대압축강도를 적용한 수치해석을 실시하여 옹이자료에 따른 각 부재의 응력분포형태를 파악하고 이를 실제 부재의 파괴형태와 비교 분석하였다. 수치해석에 소요되는 시간이나 요수 분할의 어려움, 옹이 주위의 응력 전달의 유사성 등에 기준했을 때 실린더 형태의 요소가 가장 타당하다고 판단되었다. 또한 응력 분포 모양과 변형 분포 모양을 비교한 경우 유한 요소 수치해석의 결과에서 응력이 가장 집중되는 부분과 변형이 가장 심하게 발생한 주위에서 실제 시편의 파괴나 균열이 발생함을 알 수 있었다. 이를 기초로 유한요소 수치해석법을 직교이방성과 옹이 모델링을 적절히 적용할 경우 휨응력을 받는 부재와 인장 응력을 받는 부재 등의 성능 해석에 유용한 수단으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.