木材の曲げクリープ過程のメカノソープティブクリープにおよぼす断面寸法の影響

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Title

木材の曲げクリープ過程のメカノソープティブクリープに

_{およぼす断面寸法の影響( 内容の要旨 )}

Author(s)

川添, 正伸

Report No.(Doctoral

Degree)

博士(農学) 甲第219号

Issue Date

2001-03-13

Type

博士論文

Version

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12099/2560

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氏名(国籍) 学位の _種 _類学位記番号学位授与年月日学位授与の要件研究科及び専攻研究指導を受けた大学学位論文題目審査委員川添正伸 (静岡県) 博士(農学) 農博甲第219号平成13年3月13日学位規則第4条第1項該当連合農学研究科生物資源科学専攻静岡大学木材の曲げクリープ過程のメカノソープティブクリープにおよぼす断面寸法の影響主査静岡大学教授祖父江副査静岡大学教授副査信州大学教･授副査岐阜大学教授論文の _内容の _要 _旨平井徳本棚橋夫之彦彦信信守光本論文は､メカノソープティブクリープ(以下ではMSクリープと略する)と呼ばれる

水分非定常状態における木材に藤有なクリープ現象に関する研究で､とくに木材の寸法効

果と湿度変動の履歴の影響､および自然環境下におけるMSクリープの定量的評価を中心に検討したものである｡この現象は応力作用下で水分変化が起こる場合に現れる｡したがって､木材中の水分拡散に寸法依存性が大きく影響するため､実際の木材利用の場面を考えると､木材中の水分移動および局所的な水分履歴の関係を考慮してMSクリープにおよばす断面寸法の影蜜を明らかにすることが重要である｡第1章では､比較的小さな試験体.を用いた検討について､明瞭なMSクリープが現れる実験条件における水分履歴の影響､特に特徴的な最初の湿度履歴で放湿状態からの開始か吸湿状態からの開始で差異があるかについての検討､また水分定常状態におけるクリープの含水率の依存性についても述べている｡含水率変動の幅が等しい場合は､湿度変化を吸湿から開始しても放湿から開始しても､ほぼ同じMSクリープの挙動を示した｡ただし､最初の湿度履歴において､吸湿から開始する場合は非定常クリープの進行と水分による回復が同時に起こるため頭打ち現象を示す｡水分定常状態におけるクリープについそは､応力レベルがそれほど高くない場合には､負荷初期たわみで規格化した相対クリープに含水率の依存性は認められず､水分非定常クリープに比べてわずかであることを述べている｡第2章では､木材の寸法効果を明らかにすろためこ.水分変化を梁せい方向に制限した断

面積が約10倍異なる畠種類の試験体を用いた検討たっいて述べている｡さらに､周期の

ことなる4種類の湿度変動の実験条件を設定し､試験体の寸法と湿度変動周期の等価性に関する検討も加えた｡その結果､木材内部への水分拡散が十分に起こる条件では従来から

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-70-指摘されている典型的なMSクリープ挙動を確認できたが､湿度の変動周期が十分な水分拡散に要する時間に比べて短い場合や断面寸法が大きい場合には､それとは逆位相甲現象が起こることを新たに見いだした｡典型的なMSクリープと逆位相のクリープは､湿度変動の周期または試験体寸法が変わることにより連続的に移行し､寸法が大きくなることと湿度変動周期が短くなることに等価性が見いだされた｡また､木材中の水分移動を拡散方程式に基づいて定量化し､これと力学の組み合わせ梁理論を加味したシミュレーションの検討結果からは､木材内部への水分拡散の時間遅れから逆位相のMSクリープが発生する可能性は示されたが､実験結果を定量的に説明するほどの効果は現れないことが指摘された｡したがって､水分傾斜に基づく新たな局所的な水分応力の関与が有力であることが結論されている｡また､複合周期の湿度変動の検討から､MSクリープは過去に受けた最長周期の湿度変動の履歴に大きく左右される●ことが示された｡第3章では､自然環境下におけるMSクリープについて述べている｡寸法が異なる4種類の試験体(断面積比約40倍)を用いた｡自然環境下では､湿度の日変動､季節変動､突発的な湿度変動が複合的におこるため､フーリエ変換を用いた周波数解析の手法による湿度変動とMSクリープの定量的な関係の検討を行った｡MSクリープにおよぽす主要因を

解析し､日琴動成分と季節変動成分が大きく関与しており､いずれも湿度変化に対して典

型的なMSクリ⊥プの挙動を示すことが確認された｡小断面材では日変動成分の影響が現れたが､試験体断面寸法が20cm2以上の材では季節変動成分甲みが顕著に現れた｡負荷後約 1年のたわみは､載荷直後のたわみの約1.8倍に達し､.水分非定常状態のMSクリープは実際の木材の利用環境で重要なことがわかった｡申請者が適用したフーリエ変換手法が､複雑に変動する自然環境下のMSクリープの解析に有効なことを明らかにした｡審査結果の要旨平成13年1月29日､静岡大学農学部において審査委員会委員出席のもと公開論文発表会が開かれ､■約40分にわたる口頭発表と､約20分の質疑応答が行われた｡メカノソープティブクリープ(以下ではMSクリープと略する)と呼ばれる現象は､水分非定常状態における木材に特有なクリープ現象として､1.960年に初めて報告されている｡ MSクリープは､水分定常状態におけるクリープに比べて著しく大きく､また吸湿過程と放湿過程で挙動が異なり､水分履歴の効果が大きい｡この現象は､木材中の水分状態と力

学的環境の複合効果として現れるものであり､学術研究の対象のみならず琴際の木材の加

エや利用の際にも大きな問題となっている｡現在､特i;基礎理論と応用的な問題をつなぐ寸法効果や自然環境のように複雑な湿度変動下におけるMSクリープ挙動の予測に関する

問題の廃決が望まれている｡本論文は､とくに木材の寸法と湿度変動の履歴の影響､およ

び自然環境下におけるMSクリープの定量評価者中心に検討したものである｡

秦1章では､比較的小さな試験体を用いた明瞭なMSクリープが現れる実験条件におけ

る水分履歴の影響と､特に特徴的な最初の湿度履歴で放湿状態から開始するか吸湿状態か

ら繭始するかによる差異についても言及している｡また水分定常状態におけるクリープの

含水率の依存性にらいても述べている｡

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-71-第2章では､木材の寸法効果を明らかにするため､水分変化を梁せい方向に制限した断面積が約10倍異なる3種類の試験体を用いた検討について述べている｡さらに､周期の異

なる4種類の虚度変動の実験条件を設定し､試験体の寸法と湿度変動周期の等価性に関す

る検討も加えた｡第3章では､自然環境下におけるMSクリープについて述べている｡寸法が異なる4種類の試験体(断面積比約40倍)を用いた｡自然環境下では､湿度の日変動､季節変動､突発的な湿度変動が複合的におこるため､フーリエ変換を用いて周波数解析の手法により湿度変動とMSクリープの衰量的な関係を検討した｡これらの成果のうち特筆される事項は､以下のとおりである｡まずこ湿度の変動周期が木材中への水分の十分な拡散に要する時間に比べて短い場合や断面寸法が大きい場合には､従来報告されている典型的なMSクリープの発現とは逆位相の現象が起こることを新たに見いだしたことがあげられる｡また木材中の水分移動を拡散方程式に基づいて定量化し､これと力学の組み合わせ梁理論を加味したシミュレーションの検討結果から､木材内部への水分拡散の時間遅れから逆位相のMSクリープが発生する可能性は示されたが､実験結果を定量的に鋭明するほどの効果は現れないことか指摘された｡したがって､水分傾斜に基づく新たな局所的な水分応力の関与が有力であることが結論されている｡自然環境下のM･Sクリープにおよぽす主要因を解析し､巳変動成分と季節変動成分が大きく関与しており､いずれも湿度変化に対して典型的なMSクリープの挙動を示すことが確認された｡小断面材では日変動成分の影響が現れたが､試験体断面寸法が20cm2以上の材では季節変動成分のみが顕著に現れた｡申請者が適用したフーリエ変換手法が､複雑に変動する自然環境下のMSクリープの解析に有効なことを明らかにした｡これらの成果は､日本木材学会大会､日本レオロジー学会シンポジウムでも公表され学術的に高い評価を受けている｡以上について､審査委鼻全員一致で本論文が岐阜大学大学院連合農学研究科の学位論文として十分価値あるものと認めた｡･基礎となる学術論文は以下の通りである｡ 1.川添正伸､祖父江信夫､平井信之:フーリエ変換による自然環境下における木材の曲げクリープの解析､木材学会誌(印刷中) 2.川添正伸､祖父江信夫:周期的な湿度変動下における木材の曲げクリープに及ぼす湿度変動周期と試験体断面寸法の影響､木材学会誌(印刷中)