Dispersion of ultrasonic waves in Eucalyptus lumber as a function of the geometry of boards

Abstract

The aim of this article is to study the ultrasonic propagation phenomena in Eucalyptus lumber taking into consideration the dispersion of ultrasonic waves induced by the size of boards. Two types of waves were selected: surface waves and longitudinal waves of 45kHz frequency. The boards of 2m length in air dry condition were selected to have well defined transversal sections, related to three axes of wood, longitudinal (L), radial (R) and tangential (T). The velocity of propagation of surface waves in L direction decreased as a function of propagation distance (d), wavelength λ and the ratio d/λ < 5. For higher values the velocity was constant. The polarization plane of surface waves LR or LT induced differences from 3% to 20% on the measured value of surface velocity in L direction, in tangential boards. The velocity of propagation of bulk longitudinal waves was studied on the same boards, on which by successive cuttings the section was modified. If the length of the board is variable and the section is constant, then the velocity of propagation in longitudinal direction is very much influenced by the mode conversion of pure bulk waves into surface waves. Both surface waves and bulk waves can be used for the nondestructive testing of lumber.

O objetivo deste artigo foi estudar o fenômeno de propagação de ondas de ultrasom em peças estruturais de madeira de Eucalyptus, levando em consideração a dispersão das ondas induzida pelo tamanho das peças. Dois tipos de ondas foram selecionadas: ondas de superfície e ondas de volume, ambas com freqüência de 45kHz. Peças de 2m de comprimento, secas ao ar, foram selecionadas em uma serraria de maneira a apresentarem melhores condições de posicionamento dos anéis de crescimento na seção transversal, em relação aos três eixos principais da madeira, longitudinal (L), radial (R) e tangencial (T) .Os resultados mostram que a velocidade de propagação das ondas de superfície na direção L varia em função da distância de propagação (d), do comprimento de onda (λ) e da relação d/λ. Para d/λ > 5 a velocidade permanece praticamente constante, no entanto, para d/λ < 5 a velocidade diminui. A polarização das ondas de superfície nos planos LR ou LT induziu a diferenças de 3% a 20% nas medidas dos valores de velocidade na direção L em pranchas tangenciais. As velocidades de propagação das ondas longitudinais de volume foram estudadas nas mesmas peças enquanto cortes sucessivos eram realizados para modificar a seção transversal. Se o comprimento das peças é variável e a seção é constante, a velocidade de propagação na direção longitudinal é bastante influenciada. Este fenômeno pode ser explicado pela conversão da onda de volume pura em onda de superfície. Tanto as ondas de superfície quanto as ondas de volume podem ser utilizadas para avaliar peças estruturais de madeira pelo método não destrutivo.