A novel implementation of axisymmetrically orthotropic material model to longitudinally cut wood-like thick plates for examining the frequency behavior using FEM

Abstract

Ağaç genellikle klasik ortotropik malzeme olarak modellenmektedir. Gerçekte ortotropinin esas eksenleri konuma bağlı olarak değişmektedir. Gerçekte bu esas eksenler ağacın gövdesini oluşturan yıllık halkaların silindirik eksenleriyle hizalanmış durumdadır. Bu eksenler geleneksel olarak boylamsal, radyal ve teğetsel diye adlandırılır. Rezonans ve mod şekli gibi titreşim karakteristiklerinin çalışıldığı çok sayıda makale bulunmaktadır. Bilindiği kadarıyla bu mevcut çalışmaların tamamı analizlerinde izotropik ya da klasik ortotropik malzeme modellerinden birini kullanmaktadır. Bu çalışmamızda ortotropinin esas eksenlerinin konumlanmasındaki varyasyonu dikkate alacak şekilde yeni bir sonlu elemanlar element tipi geliştirilmiştir ve bu model kullanılarak birçok farklı analiz gerçekleştirilmiştir.

Wood is usually modeled as a classical orthotropic material. In actuality, the principal axes of orthotropy are dependent on the location. In fact, the principal axes are aligned with the cylindrical axes of the annual rings that form the trunk from which the wood is cut. These axes are conventionally named as longitudinal (L), radial (R), and tangential (T). There exists numerious papers that studied the vibrational characterictics, such as resonance and mode shapes, of the plates with different boundary conditions. To the best of our knowledge, all of these studies used either isotropic or classically orthotropic material behavior in the analyses. In this study, a new plate type finite element is developed that takes into account the variation in the alignment of the principal axes of orthotropy, and a number of analyses are performed using this developed model.