Оценка точности метода измерения сопротивления сверлению древесины в дендрохронологических исследованиях. С. 135–150

УДК

674.038.1:620.179.1

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-5-135-150

Аннотация

Одним из перспективных методов определения физико-механических свойств и строения древесины является метод, основанный на измерении сопротивления сверлению. Ограничения применения данного метода в дендрохронологических исследованиях связаны с рядом факторов, оказывающих значимое влияние на точность установления вариации физико-механических свойств древесины в пределах годичных слоев: глубиной сверления, его направлением относительно волокон, скоростными параметрами процесса сверления. В целях оценки точности измерения радиального прироста древесины сосны (Pinus sylvestris L.) влажностью 6–8 % были использованы устройство ResistYX и стандартные тонкие буровые сверла. На основании сравнительного анализа радиальных приростов древесины, определенных оптическим методом и методом измерения сопротивления сверлению, для получения точных данных о приросте с коэффициентом корреляции больше 0,7 рекомендовано измерять на одном образце не более 17 годичных слоев, что соответствует средней суммарной ширине годичных слоев 36,6 мм. Изучено влияние основных причин снижения точности определения радиального прироста методом измерения сопротивления сверлению: геометрических параметров режущей части тонкого бурового сверла, отклонения направления сверления от заданного, невозможности точного определения строго радиального направления сверления, пороков древесины, а также трения хвостовика сверла при повышении глубины просверливания. Для увеличения точности метода измерения сопротивления сверлению в дендрохронологических исследованиях предлагается: разработать методику, в том числе с применением специального или вновь разработанного инструмента, для более точного определения сердцевины и радиального просверливания дерева или круглого лесоматериала; повысить жесткость тонкого бурового сверла; обеспечить требуемую фиксацию тонкого бурового сверла в процессе его первоначального контакта с древесиной и внутри устройства. Дальнейшие исследования в обозначенном направлении будут связаны с оценкой точности определения радиального прироста хвойных пород древесины по усилию подачи тонкого бурового сверла.

Сведения об авторах

В.Ю. Чернов*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: X-4439-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9496-7340
Е.С. Шарапов, д-р техн. наук, доц.; ResearcherID: B-8151-2014, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6500-5377
И.Г. Гайсин, канд. техн. наук, доц.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3707-1342
Поволжский государственный технологический университет, пл. Ленина, д. 3, г. Йошкар-Ола, Россия, 424000; chernovvy@volgatech.net, SharapovES@volgatech.net, GaisinIG@volgatech.net

Ключевые слова

годичные слои древесины, дендрохронологические исследования, профиль сопротивления сверлению, оптический метод, тонкое буровое сверло, точность измерения, метод измерения сопротивления сверлению, ResistYX

Для цитирования

Чернов В.Ю., Шарапов Е.С., Гайсин И.Г. Оценка точности метода измерения сопротивления сверлению древесины в дендрохронологических исследованиях // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 5. С. 135–150. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-5-135-150

Литература

1. Алметов А.Н. Совершенствование конструкции бурава для извлечения кернов древесины из растущих деревьев различных пород: дис. … канд. техн. наук. Йошкар-Ола, 2001. 174 с.

2. Демаков Ю.П., Нуреева Т.В. Групповая и индивидуальная изменчивость годичного прироста деревьев по высоте в культурах сосны Марийского Заволжья // Вестн. ПГТУ. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2019. № 3(43). С. 25–45. https://doi.org/10.25686/2306-2827.2019.3.25

3. Колесникова А.А. Исследование свойств древесины по кернам. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. 178 с. 

4. Матвеев С.М., Румянцев Д.Е. Дендрохронология / ВГЛТУ. 2-е изд., перераб. и доп. Воронеж: ВГЛТА, 2013. 139 с. 

5. Патент № 95128 U1 РФ, МПК G01N 3/40 (2006.01), G01N 33/46 (2006.01), B23B 41/00 (2006.01). Устройство для измерения сопротивления сверлению: № 2010106686/22: заявл. 24.02.2010: опубл. 10.06.2010 / Е.С. Шарапов, В.Ю. Чернов, Т.В. Бычкова. 

6. Патент № 2607064 C2 РФ, МПК G01N 3/40 (2006.01), G01N 33/46 (2006.01), B23B 49/00 (2006.01). Устройство для измерения сопротивления исследуемого материала сверлению: № 2014140884: заявл. 09.10.2014: опубл. 10.01.2017 / В.Ю. Чернов, Е.С. Шарапов, Е.В. Смирнова, О.А. Соловьева. 

7. Румянцев Д.Е. История и методология лесоводственной дендрохронологии: моногр. М.: МГУЛ, 2010. 109 с. 

8. Свидетельство 2016662108 РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ ResistVIEW, 1.0: № 2016619406: заявл. 06.09.2016: зарег. 31.10.2016 / Е.С. Шарапов, В.Ю. Чернов, Е.В. Смирнова; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «ПГТУ». 

9. Чернов В.Ю., Шарапов Е.С., Торопов А.С. Определение плотности древесины методом измерения сопротивления сверлению: моногр. Йошкар-Ола: ПГТУ, 2019. 200 с. 

10. Чернов В.Ю., Шарапов Е.С., Торопов А.С., Смирнова Е.В., Павлов Д.А. Точность определения плотности древесины методом измерения сопротивления сверлению // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: сб. науч. тр. III Междунар. науч.-техн. конф. КГТУ. Кострома: КГТУ, 2015. С. 42–45. 

11. Черных Н.Б. Дендрохронология и археология. М.: Nox, 1996. 212 с. 

12. Шарапов Е.С. Совершенствование методов и средств квазинеразрушающего контроля физико-механических свойств древесины и древесных материалов: дис. ... д-ра техн. наук. Архангельск, 2019. 340 с. 

13. Шарапов Е.С., Смирнова Е.В. Определение физико-механических свойств древесины методом измерения сопротивления сверлению // Вестн. ПГТУ. Сер.: Материалы. Конструкции. Технологии. 2019. № 4(12). С. 120–134. https://doi.org/10.25686/2542-114X.2019.4.120.

14. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В., Круглов В.Б., Мазепа В.С., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р.М. Методы дендрохронологии. Ч. 1. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации. Красноярск: КрасГУ, 2000. 80 с. 

15. Chantre G., Rozenberg P. Can Drill Resistance Profiles (Resistograph) Lead to Within-profile and Within-ring Density Parameters in Douglas-fir Wood? Proceedings of CTIA – International Union of Forestry Research Organizations (IUFRO). International Wood Quality Workshop: Timber Management Toward Wood Quality and End-Product Value. Forintek Canada Corp., Sainte-Foy, Québec, Canada, 1997, pp. 41–47.

16. Guller B., Guller A., Kazaz G. Is Resistograph an Appropriate Tool for the Annual Ring Measurement of Pinus Brutia? Proceedings of the International Conference NDE Safety. Czech Republic, 2012, pp. 89–94.

17. Kraler А., Beikircher W., Zingerl Ph. Suitability of Drill Resistance Measurements for Dendrochronological Determination. World Conference on Timber Engineering, Strength and Serviceability – Etreme Events. Aucklande, New Zealand, 2012, vol. 2. 302 p.

18. Kraler А., Beikircher W., Zingerl Ph. Strength Determination of Aged Wood, From 1250AD to Present, with Nondestructive and Semidestructive Test Methods. World Conference on Timber Engineering, Strength and Serviceability – Etreme Events. Aucklande, New Zealand, 2012, vol. 2, 188 p.

19. Mattheck C., Bethge K., Albrecht W. How to Read the Results of Resistograph M. Arboricultural Journal: The International Journal of Urban Forestry, 1997, vol. 21, iss. 4, pp. 331–346. https://doi.org/10.1080/03071375.1997.9747179

20. Nutto L., Biechele T. Drilling Resistance Measurement and the Effect of Shaft Friction – Using Feed Force Information for Improving Decay Identification on Hard Tropical Wood. Gen. Tech. Rep. FPL – GTR – 239. Proceedings of the 19th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium. 22–25 September 2015, 2015, pp. 154–161.

21. Oliveira J.T.S., Wang X., Vidaurre G. Assessing Specific Gravity of Young Eucalyptus Plantation Trees Using a Resistance Drilling Technique. Holzforschung, 2017, vol. 71, iss. 2, pp. 137–145. https://doi.org/10.1515/hf-2016-0058

22. Orozco-Aguilar L., Nitschke C.R., Livesley S.J., Brack C., Johnstone D. Testing the Accuracy of Resistance Drilling to Assess Tree Growth Rate and the Relationship to Past Climatic Conditions. Urban Forestry & Urban Greening, 2018, vol. 36, pp. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2018.09.010

23. Pressler M.R. Der Forstliche Zuwachsbohrer [The forestry increment borer]. Tharander Jahrbuch. Arnoldische Buchhandlung, Leipzig. Dritte Abtheilung III, 1866, pp. 137–209. (In Germ).

24. Rinn F., Schweingruber F.H., Schar E. Resistograph and X-ray Density Charts of Wood Comparative Evaluation of Drill Resistance Profiles and X-ray Density Charts of Different Wood Species. Holzforschung, 1996, vol. 50, iss. 4, pp. 303–311. https://doi.org/10.1515/hfsg.1996.50.4.303

25. Rinn F. Resistographic Visualization of Tree Ring Density Variations. Proceedings of the International Conference Tree Rings and Environment. Tucson, AZ, USA, Radiocarbon, 1996, pp. 871–878.

26. Sharapov E., Brischke C., Militz H. Effect of Grain Direction on Drilling Resistance Measurements in Wood. International Journal of Architectural Heritage, 2021, vol. 15, iss. 2, pp. 250–258. https://doi.org/10.1080/15583058.2020.1766158

27. Sharapov E., Wang X., Smirnova E. Drill Bit Friction and its Effect on Resistance Drilling Measurements in Logs. Proceedings of the 20th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium, 12–15 September 2017, USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison, WI, 2017, pp. 405–415.

28. Sharapov E., Brischke C., Militz H., Smirnova E. Prediction of Modulus of Elasticity in Static Bending and Density of Wood at Different Moisture Contents and Feed Rates by Drilling Resistance Measurements. European Journal of Wood and Wood Products, 2019, vol. 77, pp. 833–842. https://doi.org/10.1007/s00107-019-01439-2

29. Schimleck L., Dahlen J., Apiolaza L.A., Downes G., Emms G., Evans R., Moore J., Pâques L., Bulcke J.V., Wang X. Non-destructive Evaluation Techniques and What They Tell Us About Wood Property Variation. Forests, 2019, vol. 10, iss. 728. 50 p. https://doi.org/10.3390/f10090728

30. Tannert T., Anthony R., Kasal B., Kloiber M., Piazza M., Riggio M., Rinn F., Widmann R., Yamaguchi N. In-situ Assessment of Structural Timber using Semi-destructive Techniques. Materials and Structures, 2014, vol. 47, pp. 767–785. https://doi.org/10.1617/s11527-013-0094-5

31. Wang S.Y., Chiu C.M., Lin C.J. Application of the Drilling Resistance Method for Annual Ring Characteristics: Evaluation of Taiwania (Taiwania cryptomeribides) Trees Grown with Different Thinning and Pruning Treatments. Journal of Wood Science, 2003, vol. 49, iss. 2, pp. 116–124. https://doi.org/10.1007/s100860300018

32. Wang S.Y., Lin C.J. Application of the Drill Resistance Method for Density Boundary Evaluation of Earlywood and Latewood of Taiwania (Taiwania cryptomerioides Hay.) Plantation Wood. Taiwan Journal of Forest Science, 2001, vol. 16, iss. 3, pp. 196–199.