Comparison of anisotropic strength criteria in the biaxial stress state

In our study, three phenomenological strength criteria (the von Mises criterion, the Tsai-Wu criterion, and the Ashkenazi criterion) were compared based on experimental data. The goal of this study was to decide which strength theory describes properly the failure of wood under biaxial load. Formerly, a set of biaxial tests was performed on Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) specimens. As a result hundreds of biaxial strength data are available. Failure criteria were validated in these planar stress states. Theoretical and experimental background was presented and tensor components were calculated from engineering strength for each strength criteria. Failure prediction data was determined by the three theories. The results show that out of the three criteria the Ashkenazi strength criterion best describes the failure of wood in planar stress state.

Ze względu na skomplikowaną mikrostrukturę, właściwości fizyczne i mechaniczne drewna i materiałów drewnopochodnych są anizotropowe. Z powodu tej złożonej struktury, przewidywanie wytrzymałości drewna jest trudne i komplikuje się jeszcze bardziej w złożonych (dwu- i trójosiowych) stanach naprężeń. W niniejszej pracy porównano trzy fenomenologiczne anizotropowe kryteria wytrzymałości (von Mises’a, Tsai - Wu i Ashkenazi’ego) na podstawie danych doświadczalnych uzyskanych uprzednio dla świerka (Picea abies [L.] Karst.). Celem tego porównania było ustalenie, która teoria wytrzymałościowa przewiduje właściwie powstawanie defektów w drewnie w dwuosiowym stanie naprężeń. Na podstawie posiadanych danych doświadczalnych wyznaczono wartości wskaźników przewidywania defektu wraz z ich współczynnikami zmienności. Uzyskane wyniki pokazują, że w płaskim stanie naprężeń kryterium wytrzymałościowe Ashkenazi’ego najlepiej przewiduje powstawanie uszkodzeń w drewnie. Kolejnym etapem analiz będzie porównanie anizotropowych kryteriów wytrzymałościowych dla trójosiowego stanu naprężeń oraz badania innych gatunków drewna w wieloosiowych stanach naprężeń.