John Eriksson

A Mass Transport Model for Drying Wood under Isothermal Conditions

Mass transport in wood during drying can have different mechanisms at different periods of drying. Depending on the current moisture content (MC) and the structure of the wood, the driving forces for the mass transport are essentially different. Above the fiber saturation point (FSP), the lumens are partially saturated and the transport of liquid (free) water occurs as a consequence of capillary action. On the other hand, below the FSP, bound water within the cell walls is conveyed by diffusion, and water vapor in the lumens moves under influence of pressures gradient. Based on these considerations, a unified model is presented that takes into account the transport of the different moisture phases. Simulation of the drying of a Norway spruce sample at 50°C from about 135 to 7% MC is carried out using the finite element method (FEM). Comparison between the simulated average MC and the experimental observations obtained from X-ray computed tomography (CT) shows reasonable agreement. Possible simplifications in the model are briefly discussed as well as some aspects of the numerical implementation. Finally, the influence of absolute permeability on the average MC is studied.

Finite-Element Analysis of Coupled Nonlinear Heat and Moisture Transfer in Wood

A nonlinear model for analysing heat and moisture flow in wood during drying below the fiber saturation point is presented. The model used considers wood at a macro level without taking the various moisture transports mechanisms at the microscopic level into account. Based on the finite-element method, a coupled system of equations resulting from the adopted heat and moisture transfer equations is established and an iterative scheme is proposed. The numerical procedure is verified by a test example. In a two-dimensional analysis, the influence of the coupling on the combined heat and moisture transfer is studied for a board subjected to a typical kiln-drying condition. How well the results agree with those obtained by introducing a commonly applied simplification is discussed.

An experimental study of shape stability in glued boards

An experimental study of shape stability in wooden glued boards was performed to verify certain results of particular interest obtained earlier in numerical simulations. Possibilities for achieving products of good shape stability by gluing boards together in an optimal way are discussed. Since twist is often the most serious form of distortion defects for the user, it was the main type of board deformation considered. Three types of glued products were tested. The experiments show clearly that glued boards can be produced that remain stable in shape when exposed to extreme variations in moisture. The results agree well with the numerical simulations performed earlier. It was found that initial twist could be reduced by proper application of pressure during gluing and that through gluing the occurrence of cracking defects on visible surfaces could be substantially reduced.ZusammenfassungEine experimentelle Untersuchung der Formstabilität von verleimten Brettern wurde durchgeführt, um bestimmte Ergebnisse, die in vorhergehenden numerischen Simulationen errechnet worden waren, zu verifizieren. Es handelt sich um Möglichkeiten, eine gute Formstabilität durch optimales Verleimen von Brettern zu erzielen. Da Verdrehung für den Verbraucher oft den unannehmbarsten Verformungsfehler darstellt, wurde dieser als Hauptfehlertyp berücksichtigt. Drei Arten von verleimten Holzprodukten wurden getestet. Die Experimente zeigen deutlich, dass verleimte Holzbretter hergestellt werden können, die bei extremen Feuchteschwankungen stabil bleiben. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den vorhergehenden numerischen Simulationen. Es wurde festgestellt, dass eine anfangs vorhandene Verdrehung durch geeignete Druckanwendung während des Verleimens reduziert werden konnte, und das Auftreten von Rissschäden auf sichtbaren Oberflächen durch Verleimen beträchtlich reduziert werden konnte.

An experimental and numerical study of the shape stability in glued columns

The study concerns the question of how the shape stability features of laminated columns of Norway spruce can be improved in terms of twist through optimal orientation of the individual laminates. Both experimental testing and numerical simulations were employed for evaluating twist stability. In all the columns studied, deformations were measured experimentally at different moisture content levels. A number of columns were also selected for numerical analysis in order to obtain a more thorough understanding of the twist behavior involved, their geometries and material properties of interest being determined. The experimental results showed the twist stability of the columns to be highly dependant upon the internal orientation of the individual laminates. It was also found that high quality columns in terms of shape stability could be manufactured, even when the center-core material has a strong twist tendency. The numerical simulations performed were in close agreement with the experimental results. ZusammenfassungDiese Studie befasst sich mit der Frage, wie die Verdrehung von Kreuzholzbalken aus Fichte durch optimale Anordnung der zu verklebenden Teile reduziert und dadurch die Formstabilität der Balken verbessert werden kann. Die Formstabilität der Balken wurde sowohl experimentell als auch mit Simulationsrechnungen untersucht. Bei allen untersuchten Balken wurden Verformungen bei unterschiedlichen Holzfeuchten experimentell gemessen. Um das Verdrehungsverhalten besser zu verstehen, wurde dieses bei einigen Balken rechnerisch untersucht. Dazu wurde deren Aufbau und die relevanten Materialeigenschaften bestimmt.Die Versuchsergebnisse belegten die grosse Abhängigkeit der Formstabilität von der Anordnung der Einzelteile. Ausserdem zeigte sich, dass hochwertige formstabile Balken auch aus marknahem Holz mit starkem Drehwuchs hergestellt werden können. Die rechnerische Simulation stimmte mit den Versuchsergebnissen sehr gut überein.

An experimental and numerical study of shape stability in laminated timber columns@@@Experimentelle und rechnerische Untersuchung der Formstabilität von Kreuzholzbalken

The study concerns the question of how the shape stability features of laminated columns of Norway spruce can be improved in terms of twist through optimal orientation of the individual laminates. Both experimental testing and numerical simulations were employed for evaluating twist stability. In all the columns studied, deformations were measured experimentally at different moisture content levels. A number of columns were also selected for numerical analysis in order to obtain a more thorough understanding of the twist behavior involved, their geometries and material properties of interest being determined. The experimental results showed the twist stability of the columns to be highly dependant upon the internal orientation of the individual laminates. It was also found that high quality columns in terms of shape stability could be manufactured, even when the center-core material has a strong twist tendency. The numerical simulations performed were in close agreement with the experimental results. ZusammenfassungDiese Studie befasst sich mit der Frage, wie die Verdrehung von Kreuzholzbalken aus Fichte durch optimale Anordnung der zu verklebenden Teile reduziert und dadurch die Formstabilität der Balken verbessert werden kann. Die Formstabilität der Balken wurde sowohl experimentell als auch mit Simulationsrechnungen untersucht. Bei allen untersuchten Balken wurden Verformungen bei unterschiedlichen Holzfeuchten experimentell gemessen. Um das Verdrehungsverhalten besser zu verstehen, wurde dieses bei einigen Balken rechnerisch untersucht. Dazu wurde deren Aufbau und die relevanten Materialeigenschaften bestimmt.Die Versuchsergebnisse belegten die grosse Abhängigkeit der Formstabilität von der Anordnung der Einzelteile. Ausserdem zeigte sich, dass hochwertige formstabile Balken auch aus marknahem Holz mit starkem Drehwuchs hergestellt werden können. Die rechnerische Simulation stimmte mit den Versuchsergebnissen sehr gut überein.

An experimental and numerical study of shape stability in laminated timber columns

The study concerns the question of how the shape stability features of laminated columns of Norway spruce can be improved in terms of twist through optimal orientation of the individual laminates. Both experimental testing and numerical simulations were employed for evaluating twist stability. In all the columns studied, deformations were measured experimentally at different moisture content levels. A number of columns were also selected for numerical analysis in order to obtain a more thorough understanding of the twist behavior involved, their geometries and material properties of interest being determined. The experimental results showed the twist stability of the columns to be highly dependant upon the internal orientation of the individual laminates. It was also found that high quality columns in terms of shape stability could be manufactured, even when the center-core material has a strong twist tendency. The numerical simulations performed were in close agreement with the experimental results. ZusammenfassungDiese Studie befasst sich mit der Frage, wie die Verdrehung von Kreuzholzbalken aus Fichte durch optimale Anordnung der zu verklebenden Teile reduziert und dadurch die Formstabilität der Balken verbessert werden kann. Die Formstabilität der Balken wurde sowohl experimentell als auch mit Simulationsrechnungen untersucht. Bei allen untersuchten Balken wurden Verformungen bei unterschiedlichen Holzfeuchten experimentell gemessen. Um das Verdrehungsverhalten besser zu verstehen, wurde dieses bei einigen Balken rechnerisch untersucht. Dazu wurde deren Aufbau und die relevanten Materialeigenschaften bestimmt.Die Versuchsergebnisse belegten die grosse Abhängigkeit der Formstabilität von der Anordnung der Einzelteile. Ausserdem zeigte sich, dass hochwertige formstabile Balken auch aus marknahem Holz mit starkem Drehwuchs hergestellt werden können. Die rechnerische Simulation stimmte mit den Versuchsergebnissen sehr gut überein.