T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KARAÇAM (Pinus nigra A. ) KERESTESİNDE EĞİLME ÖZELLİKLERİNİN STRES DALGA YÖNTEMİYLE TAHMİNİ Zübeyde BÜLBÜL Danışman: Doç. Dr. Ergün GÜNTEKİN YÜKSEK LİSANS TEZİ ORMAN ENDÜSTRİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ISPARTA 2012

2 TEZ ONAYI Zübeyde BÜLBÜL tarafından hazırlanan Karaçam (Pinus Nigra ) Kerestesinde Eğilme Özelliklerinin Stres Dalga Yöntemiyle Tahmini adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman : Doç. Dr. Ergün GÜNTEKİN (İmza) Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı Jüri Üyeleri : Adı, Soyadı (İmza) Adı, Soyadı (İmza) Prof. Dr. Mehmet Cengiz KAYACAN Enstitü Müdürü Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER... i ÖZET... iii ABSTRACT... iv TEŞEKKÜR... v ŞEKİLLER DİZİNİ... vi ÇİZELGELER DİZİNİ... vii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ... viii 1. GİRİŞ KAYNAK ÖZETLERİ Mekanik Yöntemler Penetrant yöntemi Deformasyon yöntemi Delme yöntemi Akustik Yöntemler Akustik emisyon Ultrasonik yöntem Stres dalga yöntemi Vibrasyon yöntemi Diğer Tahribatsız Muayene Yöntemleri MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Ahşap malzeme Karaçam tanıtımı Karaçam odununun makroskopik ve mikroskopik özellikleri Karaçam odununun fiziksel ve mekanik özellikleri Kullanım alanları Yöntem Büyük örneklerde bazı fiziksel ve mekanik özelliklerin belirlenmesi Yoğunluk ve rutubet oranı Liflere dik yönde eğilme direnci ve eğilmede elastikiyet modülü tayini Küçük örneklerde bazı fiziksel ve mekanik özelliklerin belirlenmesi i

4 Liflere paralel yönde basınç direnci ve basma modülü tayini BULGULAR VE TARTIŞMA Büyük Test Örneklerine Ait Bulgular Büyük örneklere ait eğilme özelliklerinin tahmini Küçük Test Örneklerine Ait Bulgular Küçük örnekler için eğilme özelliklerinin tahmini Küçük örnekler için basınç özelliklerinin tahmini SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ ii

5 ÖZET Yüksek Lisans Tezi KARAÇAM (Pinus nigra ) KERESTESİNDE EĞİLME ÖZELLİKLERİNİN STRES DALGA YÖNTEMİYLE TAHMİNİ Zübeyde BÜLBÜL Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Ergün GÜNTEKİN Bu çalışmada karaçam odununun eğilme özellikleri tahribatsız muayene yöntemlerinden olan stres-dalga yöntemiyle belirlenmiş ve statik test yöntemleri ile elde edilen eğilme özellikleri karşılaştırılarak aralarındaki ilişki araştırılmıştır. İlk olarak, farklı enine kesit ve uzunluklara sahip karaçam odunu örnekleri önce görünür yoğunluklarının hesaplanması için tartılmış ve hacimleri hesaplanmıştır. Daha sonra bir rutubet ölçer yardımıyla rutubet miktarları ölçülmüştür. Örneklerin yoğunluk, rutubet ve ebatları MTG Timber Grader cihazında kullanılarak dinamik elastikiyet modülleri ve doğal frekans değerleri belirlenmiştir. Çalışmada kullanılan test örnekleri büyük ve küçük örnekler olmak üzere iki kısımda incelenerek test sonuçları arasındaki farklar karşılaştırılmıştır. Örnekler 3 nokta eğilme testine tabi tutularak elastikiyet modülü ve eğilme dirençleri hesaplanmıştır. Büyük örnekler için; yapılan ölçümlerde dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü arasında yüksek bir regresyon katsayısı (0.74) olduğu görülmüştür. Dinamik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı (0.42) ve statik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı ise (0.53) olarak bulunmuştur. Ancak oluşturulan istatistiksel modellerde elde edilen regresyon katsayılarının çok düşük çıkmasından dolayı eğilme ve basma değerleri için sağlıklı tahmin yapmanın mümkün olmadığı görülmüştür. Karaçam odunun mekanik özellikleriyle alakalı parametrelerinin değerlendirilmesi tahribatsız test yöntemlerinden olan stres-dalga metodu ile yapılabilmektedir. Anahtar kelimeler: Karaçam (Pinus nigra A.), Eğilme Özellikleri, Tahribatsız Muayene, Stres-dalga yöntemi. 2012, 59 sayfa iii

6 ABSTRACT M.Sc. Thesis PREDICTION OF THE BENDING PROPERTIES OF BLACK PINE USING STRESS WAVE METHOD Zübeyde BÜLBÜL Süleyman Demirel University Science Institute Department of Forest Industry Engineering Advisor: Assoc. Prof. Dr. Ergün GÜNTEKİN In this study; bending properties of Pinus nigra A. wood were measured using stress-wave method which is one of the non-destructive methods, bending properties measured by static testing methods were compared and correlation between them were tested. First, lumbers which were different in length and cross section were weighed and dimensions were measured. Then, moisture contents were obtained via moisture meter. By using the density, moisture, and dimensions of the samples in MTG Timber Grader device, dynamic modulus of elasticity and natural frequency values were determined. Samples subjected to three point bending test, bending strength and modulus of elasticity was calculated. For big samples; results showed that there is a high regression coefficient (0.74) between dynamic modulus of elasticity and static modulus of elasticity. Regression coefficient between dynamic modulus of elasticity and static bending strength was measured as (0.42) and regression coefficient between static modulus of elasticity and static bending strength was found as (0.53). However, the statistical models generated from the bending and compressive values of regression coefficients due to very low values, the release was not possible to predict healthy. It was concluded that mechanical properties of black pine wood lumber can be measured via stress-wave method which is one of the nondestructive testing methods. MTG Timber Grader can be used to determine bending properties if fast measurements are required. Keywords: (Pinus nigra A.) lumber, Bending Properties, Non-destructive evaluation, Stress-wave method. 2012, 59 pages iv

7 TEŞEKKÜR Bu tezi almamda, yapılan araştırmaların sonuçlandırılıp değerlendirilmesinde çalışmam süresince bana yardımcı olan danışmanım değerli hocam, Doç. Dr. Ergün GÜNTEKİN e içten teşekkürlerimi sunarım YL-11 No lu Proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığına teşekkür ederim. Laboratuvar çalışmalarım sırasında yardımlarından dolayı, Serhat Özkan, Ar. Gör. Gürcan Güler, Z. Gözde Emiroğlu, Ömer Ümit Yalçın, Duran Yonsul, Halil İbrahim Başboğa arkadaşlarıma ve aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım. v

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1. Pilodyn penetrant test cihazı... 4 Şekil 2.2. Metriguard firmasının kereste sınıflandırma cihazı... 5 Şekil 2.3. Resistograf IML marka delme direncini ölçen cihaz... 6 Şekil 2.4. Akustik Emisyon oluşumu ve algılanması... 7 Şekil 2.5. Sylvatest ultrases test ekipmanı Şekil 2.6. Fakopp ultrases test ekipmanı Şekil 2.7. Viskoelastik bir çubukta darbe sonucu oluşan dalga Şekil 2.8. Metriguard firmasının stres dalga test ekipmanı Şekil 2.9. Dikili ağaçta stres dalga test cihazı Şekil (a) Kütle yay titreşim modeli ve (b) enine kesit titreşim modeli Şekil GoldenEye çalışma prensibi Şekil GoldenEye makinesinden bir görünüm Şekil Denscan (X ray teknolojisi kullanılarak yoğunluk ölçümü) Şekil GoldenEye Viscan kombine edilmiş hali Şekil X-ray tomografi ile ladindeki budak görüntüsü Şekil X-ray tomografi cihazı ile ladin in yüzeyden farklı mesafelerde bulunan budaklarından bir görünüm Şekil 3.1. Pinli rutubet ölçer Şekil 3.2. MTG cihazı ile doğal frekans ve dinamik elastikiyet modülü ölçümü Şekil 3.3. Üç Nokta Eğilme Testi Şekil 3.4. Eğilme test düzeneği ve test örneği Şekil 3.5. Basma deneyi test düzeneği ve test örneği Şekil 4.1. Dinamik elastikiyet modülü ve statik elastikiyet modülü arasındaki ilişki grafiği Şekil 4.2. Dinamik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki grafiği Şekil 4.3. Statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki grafiği 36 Şekil 4.4. Dinamik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki grafiği Şekil 4.5. Statik eğilme modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki Şekil 4.6. Statik eğilme modülü ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki Şekil 4.7. Statik basma ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki Şekil 4.8. Statik basma modülü ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki Şekil 5.1. Dinamik elastikiyet modülü, statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki vi

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1. Diğer TM yöntemleri ve Akustik Emisyon yönteminin karşılaştırılması... 8 Çizelge 3.1. Karaçamın Fiziksel ve Mekanik Özellikleri Çizelge 4.1. Çalışmada kullanılan kerestelerin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri. 32 Çizelge 4.2.Çalışmada kullanılan küçük test örneklerinin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri vii

10 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ AE ANN CLT D E F f m, 0 l mm MOE MOR MSR MTG N NIR NDT NDE R TMY μ birimi) Akustik Emisyon Artificial Neural Networks (Yapay Sinir Ağları) Devamlı Kereste Ölçer Yoğunluk Elastikiyet Modülü Frekans Liflere Paralel Eğilme Direnci Uzunluk Milimetre Elastikiyet Modülü Eğilme Direnci Machine Stress Rated (Makine Direnç Değerlendirme) Timber Grader (Portatif Kereste Sınıflandırıcı) Newton Near-infrared spectroscopy (Yakın infrared spektroskopisi) Non-destructive testing (Tahribatsız test) Non-destructive evaluation (Tahribatsız değerlendirme) Rutubet Tahribatsız Muayene Yöntemleri Micron (milimetrenin binde biri büyüklüğünde mikroskobik ölçü viii

11 1. GİRİŞ Ahşap, canlı bir organizma olan ağaçtan elde edilen lifli, heterojen ve anizotrop bir dokuya sahip organik esaslı bir yapı malzemesidir (Anonim, 2004a). Tipik bir anizotrop malzeme olan ahşabın lifleri yönündeki tüm özellikler, basınç ve çekme dayanımları, enine yöndeki dayanımlardan yüksektir (Anonim, 2001). Yaşantımız boyunca, seyahat ederken, televizyon seyrederken veya imalatta sorunsuz çalışan sistemler bekleriz. Çoğu zaman da hayatlarımızı emanet ettiğimiz ve gün geçtikçe daha da otomatikleşen cihaz ve sistemlerden doğabilecek riskleri düşünmek yerine bunların imalatçısına ve tasarımcısına güvenmek zorunda kalırız. İşte bu yüzden imalatta bu sorumluluğu alan bizler ürettiğimiz mamulleri birçok ayrıntılı test ve muayeneden geçirmek zorundayız. Bu test ve muayenelerin en çok kullanılanları tahribatsız malzeme muayene yöntemleri başlığı altında incelenir (Anonim, 2007). Tahribatsız muayene (Non-destructive testing, kısaca: NDT), inceleme yapılacak olan malzeme ya da parçanın bütünlüğüne zarar vermeden yapılan muayene türüdür. Bu muayene tekniğini geçerli kılan tahribatlı muayenelerin sonuçlarına dayanmaktadır. TMY bütün endüstri dallarında çeşitli amaçlarda kullanılmaktadır. Örneğin; üretimde hatalı parçaların erken teşhis edilmesinde, üretilen malzemenin istenilen standartlara uygun olup olmadığının kontrolünde güvenilir ve hızlı sonuçlar vermektedir. Tahribatsız muayenenin en eski formlarından biri olan görsel kereste değerlendirilmesi veya sınıflandırılması, gözlemlenen kusurlar bakımından direnç oranını tahmin edebilecek başka bir metoda ihtiyaç duyar. Bu oran hatalar olmaksızın kerestenin direncini ölçmek için kullanılır. Görsel değerlendirme tamamen subjektiftir ve ölçümü yapan kişi tarafından yönetilir. Tahribatsız muayene testi bu kısıtlamaların ikisini de ortadan kaldırmak için bir imkân sağlamıştır (Bodig and Jayne, 1982). 1

12 Tahribatsız malzeme muayene yeni bir teknik değil, tarihi 1950 lere dayanan bir yöntemdir. Tahribatsız malzeme muayene her geçen gün önem kazanmakta ve gelişme göstermektedir. Üretimi kontrol etmek için online araçlar yıllardır etkili bir şekilde kullanılmaktadır. Bu araçlar odunlarda ki çatlakları ve odunların ebatlarını, yoğunluğu ve yüzeydeki kusurları tespit edebilirler. Kalınlığı ölçen birimler, ultrasonik testler, X-ray ekipmanı, NIR (Near-infrared spectroscopy) ekipmanının yanı sıra kimyasal yapıyı ölçen ekipmanlar da mevcuttur. Optimal sistemler nem değişikliklerinden kaynaklanan gerilme yoğunlaşmalarını belirlemek için kullanılabilirler (Niemz, 2007). Bu çalışmanın amacı Karaçam (Pinus nigra A.) kerestesinde eğilme özelliklerinin tahribatsız test yöntemlerinden olan stres-dalga yöntemi ile tespit edilip, statik test yöntemleriyle karşılaştırılarak aralarındaki ilişkiyi araştırmaktır. 2

13 2. KAYNAK ÖZETLERİ Tahribatsız muayeneler hemen hemen bütün endüstri dallarında çok değişik maksatlarla kullanılmaktadırlar. Bütün bu amaçları aşağıdaki şekilde gruplandırarak özetlemek mümkündür. a) İmalat esnasında: 1) Nihai performansı etkileyebilecek bütün değişkenlerin dizayn sınırları içinde kaldığından emin olmak ve böylece üniform kaliteye ulaşmak. 2) Hatalı parçayı mümkün olduğu kadar erken teşhis ederek buna saf olunacak müteakip imalat işlemlerinden tasarruf sağlamak. b) Tamamlanmış imalatın kontrolünde: 1) Mamulün ilgili mühendislik standartlarına ve teknik şartnamelere uygunluğunu kontrol etmek suretiyle güvenirliğini artırmak. c) Servis, bakım ve tamir işlerinde: 1) Yeni kusurları daha başlangıç döneminde tespit etmek. 2) Önceden bilinen eski kusurlardaki gelişmeyi takip etmek. d) Araştırma işlerinde: 1) Bir yeni mamul geliştirmek. 2) Bir yeni imalat işlemi geliştirmek. Orman ürünleri sektöründe tahribatsız muayene yöntemleri; masif malzemelerde kusurların tespiti, yapısal amaçlı kullanılacak ahşap malzemelerin sınıflandırılması gibi alanlarda kullanılmaktadır (Anonim, 2012a) Mekanik Yöntemler Penetrant yöntemi Bu yöntem malzemelerin yüzeylerindeki hataların tespitinde kullanılır. Oldukça basit ve yaygın bir yöntemdir. Temel olarak kılcallık olayı ile ilgilidir. Penetrant testinde, ilk olarak test edilecek parçanın yüzeyinin (dolayısıyla çatlağın içinin) kimyasal olarak temizlenip yağ, kir vb. yabancı maddelerden arındırılması gerekir. Penetrant 3

14 testi uygulanacak yüzey kimyasal temizleyiciler veya mekanik yöntemler yardımıyla temizlenmelidir. Penetrant sıvıları çeşitli renkleri mevcut olup en fazla tercih edilen kırmızı renkte olandır. Penetrant sıvısı uygulandıktan sonra 5-40 dakika arasında beklenir, daha sonra ara temizleme işlemi gerçekleştirilir. İşlem yapılan bölge gözle veya çeşitli gereçlerle yüzeysel kusurların tespiti yapılır (Anonim, 2006). Avantajları; - Uygulaması kolaydır. - Otomasyona uygundur. - Niceldir. Dezavantajları; - Sadece yüzeye açık hataların tespitinde kullanılır. - Aşırı pürüzlü ve gözenekli yüzeylerin testinde sağlıklı sonuç alınamaz. Örneğin, sırlanmamış seramikler. - Hassasiyeti düşüktür. Penetrant test cihazı Şekil (2.1) de gösterilmiştir. Şekil 2.1. Pilodyn penetrant test cihazı (Anonymous, 2012e) Deformasyon yöntemi Makine-Gerilme sınıflandırması yöntemi ile her parça kereste tahribatsız olarak kalite kontrol işlemine tabi tutulmaktadır. Yöntemde her bir parça kereste sürekli bir sistemden geçerken belirli bir miktar yük ve bu yük sonucu oluşan deformasyon ölçülmektedir. Veya önceden belirlenmiş bir deformasyona ulaşmak için bir yük uygulanmaktadır. Sistemde aynı zamanda enine kesiti belirlemek için tarayıcılar bulunmaktadır. Bu işlemlerden elde edilen bilgiler bir bilgisayar yardımıyla o anda 4

15 makineden geçen kereste parçasının sınıfı belirlenmektedir. Burada direnç ise elastikiyet ile arasında istatistiksel ilişkiden yararlanarak hesaplanmaktadır. Makine ile kereste sınıflandırma yöntemi Kuzey Amerika da 1960 lardan beri kullanılmaktadır ve yapılan çalışmalar makine ile sınıflandırma ahşabın etkili kullanılmasına katkıda bulunmaktadır (Galligan and McDonald, 2000). Günümüzde kullanılan makine ile kereste sınıflandırma teknolojileri (MetriguardInc. Pullmann, WA şirketinin makineleri elastikiyet ve X-ray Lumber Gauge, Newnes Machine Ltd, BC, kadana firması ile yoğunluk esas alan makineleri bulunmaktadır.) elastikiyet veya yoğunluk ölçümü üzerinden çalışmaktadırlar, diğer özellikler ise korelasyon yardımıyla hesaplanmaktadır (Gromala, 1996). Metriguard firmasına ait kereste sınıflandırma cihazı Şekil (2.2) de gösterilmiştir. Şekil 2.2. Metriguard firmasının kereste sınıflandırma cihazı (Anonim, 2012b) Delme yöntemi Malzeme içerisine küçük çaplı cihaz ucunun sabit hızla sokulmaya karşı yoğunlukla ilişkili olarak göstermiş olduğu dirence dayanmaktadır. Bu yöntem tahribatsız yöntemler arasında gösterilmektedir. Çünkü malzeme içerisine sokulan uç çok incedir ve verdiği tahribat göz ardı edilebilecek düzeydedir. Delme direncini ölçen 5

16 cihaz ve dikili bir ağaçta resistograf cihazıyla yapılan test Şekil (2.3) de gösterilmiştir. Şekil 2.3. Resistograf IML marka delme direncini ölçen cihaz (Anonymous, 2012c) 2.2. Akustik Yöntemler Akustik emisyon Akustik Emisyon (AE), gerilme altındaki malzemelerde bir ya da daha çok yerel kaynağın hızla enerji salarak geçici elastik dalgalar ürettiği olaylar ve bu şekilde oluşan geçici elastik dalgalar olarak tanımlanır. Bütün katı malzemeler belli bir elastikliğe sahiptir; dış kuvvetler altında genleşirler veya sıkıştırılırlar, kuvvet ortadan kalktığında ise bir yay gibi geri gelirler. Kuvvet ve dolayısıyla elastik deformasyon ne kadar fazla ise elastik enerji o kadar fazla olacaktır. Eğer elastik limit aşılırsa kırılma veya çatlama olur. Bu, gevrek malzemelerde hemen, diğer malzemelerde belli bir plastik deformasyon sonrası meydana gelir. Eğer elastik olarak genleşmiş malzemede boşluk, inkluzyon v.b bir hata varsa çatlamalar yüksek derecede streslenen bu noktalarda oluşarak hızlı bir dislokasyonla malzeme enerjisini atarak gevşer. İşte elastik enerjinin hızla serbest bırakılmasına Akustik Emisyon olayı denir. AE bir elastik dalga üretir, malzemede yayılan bu dalga uygun sensörlerle detekte edilebilir ve analiz edilebilir. Bir AE izleme sisteminin amacı, AE kaynaklarından gelen tüm sinyalleri algılamak bunların sayı ve dağılımlarını gerilim, basınç, sıcaklık gibi bir ya da daha fazla deney değişkeni ile ilişkili olacak şekilde kaydetmek ve söz konusu kaynakların sınıflandırılmasını ve konumlarının belirlenmesini sağlamaktır (Tuncel, 2008). AE oluşumu ve algılanması Şekil (2.4)'de şematik olarak gösterilmiştir. 6

17 Şekil 2.4. Akustik Emisyon oluşumu ve algılanması (Tuncel, 2008) Budak, çatlak vb. kusur içeren düşük dirençli malzemeler düşük gerilim değerinde yüksek AE etkisi göstermektedir. Kusurların konumları AE kaynağı çoklu algılayıcıları tarafından AE dalgalarının varış süresi farklarından iyi bir şekilde belirlenebilmektedir. Bununla kusurun yalnız büyüklüğü değil aynı zamanda türü de tahmin edilebilmektedir (Beall, 1987). 7

18 Diğer TM yöntemlerine kıyasla AE yönteminin karakteristikleri Çizelge 2.1. de gösterilmiştir: Çizelge 2.1. Diğer TM yöntemleri ve Akustik Emisyon yönteminin karşılaştırılması (Tuncel, 2008) AE yöntemi Hataların hareketini algılar Yük gerektirir. Her bir yükleme kendine özgüdür. Bir yapının bütünlük kontrolü tek aşamalı bir test ile yapılabilir Sadece algılayıcılara ulaşım yeterlidir. Malzemeye çok bağlıdır. Geometriye daha az bağlıdır. Diğer yöntemler Hataların geometrik şeklini algılar. Yük gerekmez Muayene tekrar edilebilir. Malzemenin bölgesel tarama yoluyla tümünün taranması yapılır. Muayene bölgelerinin tamamına ulaşımı gerektirir. Malzemeye daha az bağlıdır Geometriye çok bağlıdır. Ana sorun: Gürültü Ana sorun: Geometri Ultrasonik yöntem 1904 yılında fizik dalında ödül kazanan Lord Rayleigh Ultrasonik biliminin babasıdır ve elastik dalga yayılmasının temeli olan akustik ve optik alanında bir çok keşfi vardır. Lord Rayleigh in yazmış olduğu The Theory of Sound akustik literatürün en büyük eserlerinden biridir. (Öktem, 2002) Ultrasonik tekniğin uygulanmasında en önemli araç olan piezoelektrik ultrasonik üreteçler 1880 li yıllarda keşfedildi, fakat yıl laboratuvarlardan başka kullanım alanı bulamadı. İlk büyük piezoelektrik uygulaması, 1.dünya savaşı sırasında denizaltıları tespit için su altında akustik dalgaları üretmek amacı ile oldu. Bu çalışmalar Fransız fizikçisi Paul Langevin tarafından yürütüldü. Başlangıçta akustik alanın 8

19 yoğunluğu çok zayıftı. Langevin su altında akustik gücün nasıl arttırılabileceği üzerine araştırmalara başladı. Üç yıldan daha kısa bir süre içinde ultrasonik alanın yoğunluğunu arttırmak için piezoelektrik probların rezonansfrekansında çalıştırılması gerektiğini buldu de sistem, denizaltı savaşlarında uygulanmaya kondu ve başarılı oldu te Rus bilim adamı S.J. Sokolov 30 yıllık çalışması sonucunda, imalatı yapılan parçalar içinde bulunabilen malzeme hataları ve çatlak gibi kusurların tespit edilmesinde ultrasoniğin kullanılabileceğini gösterdi. Ultrasonik teknikle malzeme muayenesinin temeli olan bu sistemde ultrasonik dalgalar problar yardımı ile malzeme içinden geçiriliyordu. Teknolojik imkânsızlıklar Sokolovun yüksek frekanslarda çalışmasını engelledi, fakat onun koyduğu ilkelere göre geliştirilen cihaza Sokolov tüpü adi verilmiştir(öktem, 2002). İlk zamanlarda malzeme içindeki hataların bulunması malzemelerin imalatı sırasında yapılıyordu. O zamanlar malzemelerde çalışma sırasında makroskopik çatlak oluşabileceği düşünülmüyordu. Bu tip çatlakların oluştuğu anlaşılınca ultrasonik, Eddy akımları, röntgen, boya nüfuziyeti, manyetik partikül gibi teknikler geliştirilmeye başlandı(öktem, 2002) lerde iki olay büyük gelişmelere sebep oldu. Teknolojideki büyük ilerlemeler çok küçük hataların bile tespit edilmesini mümkün kildi. Kırılma mekaniği (fracture mechanics) disiplini meydana çıkarak yük altında çatlağın davranışının tahmini mümkün oldu. Hata toleranslı imalat fikri geliştirilerek malzemenin çalışması sırasında mevcut çatlakların ne büyüklüğe ulaşabileceği bilinebildi. Fakat bu yeterli değildi. Çatlak büyüklüğünün çalışan malzeme ömrüne etkisinin de bilinmesi gerekiyordu. Bu durum özellikle nükleer teknolojide çok önemlidir. Bu konuda bir çok araştırma grubu tarafından yapılan araştırmalar devam etmektedir. Bu arada birçok önemli gelişmeler sağlandı. Çatlağın büyümesi ile ilişkili niceliksel (quantitative) teoriler geliştirildi(öktem, 2002). Malzemeleri yüksek frekanslı ses dalgalarıyla kontrol yöntemidir. Malzeme içerisinde bulunan kusurlar ses dalgalarının yayılımına engel olurlar. Ultrasonik değerlendirmede etkili olan genel gruplamalardan biri, test edilen materyalin yüzeyinde (örneğin masif ahşap, lif kıvrıklığı, aşırı doku eğimi vb.) ya da gövdesinde (örneğin, budaklar, çatlaklar, çürüme vb.) bulunan bir konumu temel almaktadır. Bir başka muhtemel sistem bu kusurların oluşumuna neden olan teknolojik (su toplamış 9

20 kabarcıklar, odun bileşimindeki deleminasyon) ya da biyolojik kusurları (reaksiyon odunu, çürüme, genç odun vb.) sınıflandırmaktadır (Bucur, 2006). Vibrasyon yöntemi ve ultrasonik dalga hızı özellikle elastikiyet modülünün elde edilmesinde önemli rol oynar. Ultrasonik dalga diğer tekniklere göre uygulamada daha avantajlıdır (Esteban et al., 2009). Bucur (2006) a göre ultrasonik teknikler iki gruba ayrılır: - Dağılma temelli teknikler, bu teknikler seyahat zamanı, sıklığı, genişlik oranı, dalga biçimi şekli vb. kullanılır. Bu metotların çoğu 50 khz ve 2 MHz arasındaki frekans alanındaki dalgaları kullanarak uygulanır. - Yapısal olarak bulunan kusurları tespit eden görüntüleme teknikleri vardır. Ultrasonik tomografi gibi cihazlarla kusurlar görüntülenebilir (Bucur, 2003). Bu teknikler odun ve odun kökenli ürünler için pek uygun değildir. Tomikawa et al. (1990), 78 khz dönüştürücüleri kullanarak direklerdeki çürümüş bölgeleri ve öz odundaki kusurları tespit etmek için bir sistem geliştirmiştir. Ahşap endüstrisinde kerestelerin sınıflandırılmasında kullanılan ultrasonik test cihazları Sylvatest, Fakopp vb. adıyla piyasada satılmaktadır. Şekil 2.5. te ve 2.6. da ultrases test ekipmanları gösterilmiştir. Şekil 2.5. Sylvatest ultrases test ekipmanı (Anonymous, 2012d) 10

21 Şekil 2.6. Fakopp ultrases test ekipmanı (Anonymous, 2012d) Stres dalga yöntemi Odun niteliği ölçümü için kullanılan tahribatsız muayene yöntemlerinden olan stres dalga tekniğinin kullanımı bir darbe sonucu oluşan stres-dalga yayılımı hızının ölçümüne dayanmaktadır (Bucur, 2006). Stres dalga tekniği çalışma prensibi, homojen yapıdaki viskoelastik bir çubuğun ucuna bir darbe uygulandıktan sonra çubuk üzerinde dalga oluşturulur. Bunun ardından dalga çubuk boyunca hareket eder ve çubukta önde gelen dalgadaki atomlar hareketlenmeye başlarken arkada kalan dalgadaki atomlar dinlenmeye geçerler. Dalga çubuk boyunca hızlı bir şekilde hareket eder ve dalga çubuğun her yerini gezdikten sonra, çubuğun serbest ucuna çarpar, yansır ve çubuğun diğer ucuna doğru hareket etmeye başlar. Dalga çubuk boyunca hareket ettikçe enerji dağılır ve bu yüzden, dalganın hızı sabit kalmasına rağmen atomların hareketi her bir dalga hareketinde azalmaktadır. Son olarak çubuktaki bütün hücreler dinlenmeye geçer (Ross and Pellerin, 1994). Darbe sonucu viskoelastik çubuk üzerinde oluşan dalga Şekil 2.7. de gösterilmiştir. 11

22 Şekil 2.7. Viskoelastik bir çubukta darbe sonucu oluşan dalga (Ross and Pellerin,1994) Odun ne homojendir nede izotropik. Bu yüzden, odundaki stres dalga davranışını tanımlamak için tek boyut dalga teorisi kullanışlılığı araştırılmıştır. Bu araştırmalar sonucunda bu teorinin kullanışlı olduğunu ortaya konmuştur. Odun ürünleri ve odunlardaki yayılan dalgalardan sonuçlanan asıl dalga formlarını incelenmiş ve tek boyutlu dalga teorisinin dalga davranışını tanımlamak için yeterli olduğu sonucuna varılmıştır. (Ross and Pellerin, 1994). Metriguard firmasına ait stres-dalga test cihazı Şekil 2.8. de gösterilmiştir. Şekil 2.8. Metriguard firmasının stres dalga test ekipmanı (Anonim, 2012b) Stres dalga metodunun odunlar için kullanımı 1970 de geliştirilmiştir fakat 1980 e kadar uygulanmamıştır. Bu teknik USA da Washington State Üniversitesi nde küçük modellerin dinamik elastikiyet modüllerinin hesaplanması, odunun direnç niteliklerinin ölçümü; kuru ya da yaş kereste, kaplama, yapısal keresteler, yonga levha vb. lerin tahribatsız test edilmesi için geliştirilmiştir (Pellerin, 1965; Hoyle and 12

23 Pellerin, 1978; Ross and Vogt, 1985; Bender et al., 1990; Smulski, 1991; Emerson et al., 2002). Aynı zamanda dikili ağaçlardaki hataları tespit etmek ve tarihi yapılardaki ahşap elemanların durumunu tespit etmek için de kullanılır (Esteban et al., 2009). Ross and Pellerin (1991), Amerika da ki 1954 ten 1982 ye kadar statik elastikiyet modülü ve dinamik elastikiyet modülü ile stres-dalga tekniği arasındaki ilişkiyle alakalı farklı araştırma raporlarını özetlemişlerdir. Deneylerden elde edilen regresyon katsayısı 0.87 ile 0.99 arasında değişen yüksek bir değer çıkmıştır. Buna göre odunun tahribatsız değerlendirilmesinde stres dalga metodu kullanılır sonucuna varmışlardır. Odun canlı bir malzemeden üretildiği için içyapısı diğer malzemelerden daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Genetik faktörler (ilkbahar odunu, yaz odunu, lif kıvrıklığı vb.) ve çevre etkisi (sıcaklık, rüzgâr vb.) gibi nedenler odunun içyapısında etkilidir. Bu yüzdende stres dalga yayılımı odun içerisinde oldukça karmaşık hale gelmektedir. Bütün bu faktörlerin göz önünde bulundurulması halinde oldukça kompleks bir modelle karşılaşılacaktır. Odun içerisinde stres dalga teorisinin yeteri derecede dalga yayılımı oluşturduğu varsayılmaktadır. Stres dalga teorisine göre elastikiyet modülü denklem (2.1) ile hesaplanabilmektedir (Anonim, 2004b). E din = p c 2 p = Yoğunluk c = Stres dalga hızı (2.1) Stres dalga yöntemi uygulama teknikleri basit bir yöntemdir. Uygulamadan önce ön hazırlık gerektirmez ve kullanışlı bir yöntemdir. Stres dalga metodu ızgara tekniği ile birlikte bir jimnastik okulu salonunun tabakalı eserlerinin çürük parçalarının tespitinde kullanılmıştır (Holye and Pellerin, 1978). İnsanların yaşam alanlarında bulunan ağaçların sağlamlığının kontrolünde de bu yöntem kullanılabilir. Dışarıdan ağacın gövdesine bakıldığında anlaşılamayacak olan çürükler, mantar tahribatı gibi kusurlar ağacın devrilmesine neden olabilir. Buda can 13

24 ve mal kaybıyla sonuçlanabilir. Yine aynı yöntem kesim yapılan ormanlık alanlardaki ağaçlar kontrol edilerek, kusurlu ağaçlar önceden tespit edilir. Böylelikle daha kaliteli ağaçların yetişmesi sağlanmış olacaktır (Anonim, 2004b). Dikili bir ağaçta stres dalga test cihazı Şekil 2.9. da gösterilmiştir. Şekil 2.9. Dikili ağaçta stres dalga test cihazı (Anonim, 2012c) Ross and Pellerin (1991), taze haldeki kerestelerde yaptıkları bir çalışmada dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü arasında bir ilişki olabileceğini ortaya koymuşlardır. Kuru halde bulunan ağaç malzemelerde dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü ve stres-dalga hızı arasında kurulan ilişkinin, lif doygunluğu noktasına gelmiş keresteler içinde yüksek bir ilişki olabileceğini ileri sürmüşlerdir. Ve yaptıkları çalışmalarda statik elastikiyet modülü ile stres-dalga hızı arasındaki regresyon sonucunda kayda değer bir ilişki olduğunu gözlemlemişlerdir. Regresyon analizleri gözlemlenen davranışların % 60 için hesaplanmıştır ve bunun sonucunda (r=0.78) olarak hesaplamışlardır. Statik elastikiyet modülü ile dinamik elastikiyet modülü arasında da (r=0.95) gibi yüksek bir ilişki olduğunu bulmuşlardır. Stres-dalga yöntemi kullanılarak yapılan çalışmalarda eğilmede elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü arasındaki regresyonun standart keresteler için arasında değiştiği, küçük numuneler için 0.98, budaklı keresteler için ise 0.87 olarak hesaplamışlardır. İğne yapraklı ağaçlar üzerinde yapılan çalışmalarda birçok tür için eğilmede elastikiyet modülü ve eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı 0.70 ile 0.88 (flatwise) arasında ve (edge) arasında bulmuşlardır. Elastikiyet 14

25 modülü ile çekme ve basma direnci arasındaki ilişki sırasıyla ve olarak bulmuşlardır (Ross and Pellerin, 1994). Güntekin vd. (2011), tarafından yapılan çalışmada, Türkiye de ki Kızılçam kerestelerinin elastikiyet modülü (MOE) stres dalga yöntemiyle hesaplamış ve yapay sinir ağları (ANN) modelini kullanılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. MTG Timber Grader cihazı kerestelerin dinamik MOE değerini ölçmek için kullanılmıştır. Toplamda 788 kereste görsel olarak değerlendirilmiş ve bunlardan 232 tanesi I. sınıf, 336 tanesi II. sınıf ve 220 tanesi de III. sınıf olarak sınıflandırılmıştır. Sonuçlar göstermektedir ki görsel ölçüm daha yüksek olursa, kerestelerde dinamik elastikiyet modülü ve eğilmede elastikiyet modülü daha da yüksek olur sonucuna varılmıştır. Dinamik ve statik MOE arasında ki regresyon (R 2 =0.84) olarak bulunmuştur. Fiziksel özellikler ve MOE arasındaki ilişki doğrusal model kullanılarak oluşturulmuş ve fiziksel özelliklerin gerilme analizi (R 2 =0.85) olarak bulunmuştur. Yoğunluk, nem içeriği, yıllık halka genişliği ve doğal frekans değişkenlerini kullanan ANN modeliyle MOE değeri (R 2 =0.88) olarak hesaplanmıştır Vibrasyon yöntemi Tahribatsız muayene yöntemleri içerisinde, vibrasyon yöntemi çok tercih edilen yöntemlerdendir. Bu metod; hafif bir yaya ve iç sürtünme gücüne tutturulmuş kütlenin titreşimi ile odunun titreşim davranışı arasında bir eşitleme çizilerek gösterilebilir. (Ross and Pellerin, 1994). Şekil da kütle M sert bir gövdeden katılığı K ile ifade edilmiş hafif bir yay yardımı ile desteklenmiştir. İç sürtünme D ile ifade edilmiştir. Kuvvet eşitliği (P 0 sin wt) yada (0) serbest ve zorunlu titreşim için uygulanmıştır. M titreşime koyulduğunda denklemi aşağıdaki formülde (2.2) gösterilmiştir. M 2 d x dx ) + D( ) + Kx = P sin wt 2 dt dt ( 0 (2.2) (2.2) K yada D için denklem yukarıdaki formülle çözülebilir. K için; çözüm yapılırsa iki düğüm noktasından serbestçe desteklenmiş parça için MOE değeri formülü ise 15

26 aşağıdaki (2.3) e göre çözülecektir ve uçlarından basitçe desteklenmiş parça için MOE değeri formül (2.4) e göre çözülecektir. 2 r f WL MOE = 12.65l 3 g (2.3) 2 r 3 f WL MOE = (2.4) 2.46l g Denklem (2.3) ve (2.4) de; MOE = Dinamik elastikiyet modülü (İb/in 2 ), f r = Titreşim frekansı (Hz), W= Kiriş ağırlığı (İb (kg.g)), L= Kiriş açıklığı (in. (m)), l = Kiriş hareketsizlik anı (in 4 (m 4 )), g = Yer çekiminden dolayı hızlanma (386 in/s 2 (9.8 m/s 2 )). (a) (b) Şekil (a) Kütle yay titreşim modeli ve (b) enine kesit titreşim modeli Brancheriau et al. (2002), yapılan bir çalışmada yapı kerestesi olarak kullanılan kerestelerin dinamik elastikiyet modülleri akustik vibrasyon yöntemi kullanarak hesaplamışlardır. Akustik vibrasyon yöntemiyle elde edilen değerler dört nokta 16

27 eğilme testi sonuçlarından elde edilen değerlerle karşılaştırmışlardır. Çalışma sonucunda dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü, statik elastikiyet modülü ile eğilme direnci arasındaki ilişki sırasıyla arasında, 0.43 regresyon katsayısı hesaplamışlar ve dinamik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci arasında 0.54 regresyon katsayısı hesaplamışlardır. Hesaplanan regresyon katsayılarının düşük çıkmasını örneklerde bulunan budaklardan kaynaklandığı sonucuna varmışlardır. Vibrasyon tekniği kullanılarak yapılan bir çalışmada dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü, eğilme direnci, çekme direnci, basma direnci arasında sırasıyla , , regresyon katsayılarını hesaplamışlardır (Green and McDonald, 1993a, b) Diğer Tahribatsız Muayene Yöntemleri Ahşap malzemelerdeki kusurların tespiti için kullanılan farklı birçok teknik vardır. Son yıllarda stres dalga, vibrasyon ve X-ray yöntemleriyle çalışan sınıflandırma sistemleri özellikle Avrupa da yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu sistemler Denscan, Viscan, GoldenEye dır. Bu yöntemlerde de fiziksel bir özellik üzerinden korelasyon yoluyla mekanik özellikler tahmin edilmektedir.1980 yılında İtalya da kurulan Microtec firmasının tahribatsız muayenede kullandığı test cihazlarının çalışma prensibi temassız ölçümlere dayanmaktadır. Şekil de çalışma prensibi gösterilen GoldenEye makinesiyle ahşap malzemenin hem kalite hem de direnç özellikleri ölçülebilir. 17

28 Şekil GoldenEye çalışma prensibi (Anonymous, 2009) Renk ve lazer teknolojisi sistemini birleştiren çoklu sensör sistemiyle daha verimli bir konseptte çalışan GoldenEye ahşabın içerisinde bulunan kusurları da rahatlıkla belirler. Şekil 2.12 de GoldenEye makinesinden bir görünüm verilmiştir. Şekil GoldenEye makinesinden bir görünüm (Anonymous, 2009) GoldenEye, odunların yoğunluğuna ve kütlesine X-ray kullanarak karar verir. Dirence, neme ve odunun yoğunluğuna bağlı olarak, radyasyon kısmen emilir. Yoğunluk ve kütle yaklaşık olarak odun kabuğu yoğunluğunun iki katı olduğu için kütle, fiziksel ölçüler ve pozisyon değerlendirilerek tespit edilir (Bacher, 2008). Bir diğer Microtec ürünü olan Denscan makinesi düşük güçte X-ray kaynaklarıyla ve yüksek performansta X-ray sensörlarıyla odunun uzunluğu üzerine değişik pozisyonlarda yoğunluk belirleyebilir. X-ray kaynakları su soğutmasına ihtiyaç 18

29 duymadan çalışır (Bacher, 2008). DESCAN (X-ray teknolojisi kullanılarak yoğunluk ölçümü) gerçekleştiren cihaz Şekil de gösterilmiştir. Şekil Denscan (X ray teknolojisi kullanılarak yoğunluk ölçümü) (Anonymous, 2009) Viscan lazerli interferometre ile değişim göstergesini ölçer, bu yüzden uygulama mikrofonlar için de benzer problemler oluşturabilecek gürültü gibi durumlardan etkilenmez. Ölçülen uzunlukla birlikte Viscan yoğunluğu ölçmeden tek başına bir değerlendirici ölçüm makinesi olarak kullanılır. Viscan, Denscan ile birlikte kombine edilebilir ki böylelikle yoğunluk bilgisi de elde edilmiş olur. Bunun sonucunda temel değerlendirme özellikleri olan yoğunluk ve sertlik büyük ölçüde geliştirilmiş olur (Bacher, 2008). Bu tür parametreleri birlikte değerlendirilmesini sağlayan makine kombinasyonları Şekil te gösterilmiştir. 19

30 Şekil GoldenEye Viscan kombine edilmiş hali (Anonymous, 2009) Krzosek et al. (2008), tarafından yapılan çalışmada yapısal olarak kesilmiş çam kerestesinin mekanik özellikleri belirlenirken GoldenEye-706, MTG ve Tira Test 2300 test makinesi kullanmışlardır. Farklı testlerden elde ettikleri MOE ve MOR sonuçlarını karşılaştırmışlardır. Eğilme testinden elde edilen MOR ve MOE arasındaki regresyon katsayısı (r=0.67) olarak bulunmuştur. Eğilme testinden elde edilen MOR ile GoldenEye-706 testinden elde edilen MOE arasındaki ilişki (r=0.61) ve eğilme testinden elde edilen MOE ile GoldenEye-706 testinden elde edilen MOE değeri arasındaki ilişki (r=0.85) olarak hesaplamışlardır. Yine aynı çalışmada eğilme testinden elde edilen MOE ile MTG den elde edilen MOE arasındaki ilişki (r=0.84) olarak bulmuşlardır. Sonuç olarak eğilme testinden elde edilen MOE ile GoldenEye- 706 ve MTG den elde edilmiş MOE arasındaki ilişki benzerdir sonucuna varmışlardır. X-ray tomografi tekniği odun yoğunluğunun belirlenmesinde kullanılmaktadır. Odunun yoğunluğunu önemli ölçüde etkileyen kusurlar X-ray absorbsiyon değişimi ile etkili biçimde tespit edilebilmektedir. X-ray tekniğinin maliyeti nedeniyle orman endüstrisinde kullanımını önemli ölçüde etkilemektedir (Anonim, 2004a). Budaklı bir ladin kerestesinden çekilen X-ray tomografisi Şekil de gösterilmiştir. Şekil da ise ladin kerestesinin yüzeyden farklı mesafelerde bulunan budakları X-ray tomografi cihazıyla gösterilmiştir. 20

31 Şekil X-ray tomografi ile ladindeki budak görüntüsü (Niemz, 2007) Şekil X-ray tomografi cihazı ile ladin in yüzeyden farklı mesafelerde bulunan budaklarından bir görünüm (Niemz, 2007) Kütle, yoğunluk ya da genişleme oranı, çatlaklar, daralma, eğilme, diğer (reaksiyon odunu, mekanik zarar vb.) gibi özellikler geçmişte görsel olarak değerlendirilmekteydi. Günümüzde bu işlem görsel tarama sistemleri tarafından yapılmaktadır ki bunlar farklı teknolojiler ile kombine edilmektedir. Sonuç olarak tahribatsız test yöntemlerinin odun materyali değerlendirmede kullanıldığı alanlar; masif malzemede kusur tespiti, yapısal olarak kullanılacak malzemelerin kalite sınıflandırılması, yapılarda kullanılan ahşap malzemelerin yerinde değerlendirilmesi, dikili ağaçlardaki kusurların tespitidir. Odun veya odun ürünlerinin mekanik özellikleriyle alakalı parametrelerinin değerlendirilmesi 21

32 tahribatsız test yöntemleriyle yapılabilmektedir. Odunun tahribatsız değerlendirilmesi için çok sayıda potansiyel metot, bilimsel mühendislik disiplinlerinin birlikte çalışmasını gerektirir. Odun materyalinde tahribatsız tekniklerin başarılı olabilmesi için uygun tekniklerin seçilmesi ve araştırma sonucunun nasıl kullanılacağının bilinmesiyle alakalıdır (Anonim, 2004b). 22

33 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Materyal Ahşap malzeme Karaçam tanıtımı Dünya üzerinde çok geniş bir alanda, parçalı küçük alanlar halinde yer alan Karaçam ın asıl yayılış alanı, Güney Avrupa dan başlamakta (Anşin, 1988; Yaltırık, 1993; Kaya ve Teremit, 1994) ve Türkiye ye doğru uzanmaktadır. Ayrıca, Afrika nın Kuzey-Batısı ile Cezayir ve Fas ta da doğal olarak bulunmaktadır (Alptekin, 1986). Karaçam ın dünya üzerinde doğal yayılış gösteren 5 alt türü bulunmaktadır (Gaussen vd e atfen Alptekin, 1986; Anşin, 1988). Pinus nigra Arnold. subsp. nigra (Avusturya Karaçamı) Pinus nigra Arnold. subsp. nigra (Poiret) Maire (Korsika Karaçamı) Pinus nigra Arnold. subsp. dalmatica (Vis.) Franco (Dalmaçya Karaçamı) Pinus nigra Arnold. subsp. salzmanni (Dunal) Franco (Pirene Karaçamı) Pinus nigra Arnold. subsp. pallasiana (Lamb) Holmboe (Karaçam) Bunlardan Anadolu Karaçamı [Pinus nigra Arnold. Subsp. pallasiana (Lamb) Holmboe], Balkanlar, Güney Karpatlar, Kırım, Kıbrıs, Suriye ve Türkiye de yayılış göstermektedir (Yaltırık, 1993). En geniş yayılışını da ülkemizde yapmaktadır (Debezac, 1964 e atfen Alptekin, 1986). Dünya üzerinde geniş doğal yayılışını yaptığı ülkemizde karaçam, ha iyi koru, ha bozuk koru olmak üzere toplam hektarlık yayılış alanı ile Kızılçam dan sonra en geniş doğal yayılış alanına sahip ikinci türdür (Anonim, 1987). Ayrıca, ekonomik değeri bakımından da oldukça önemli bir tür olan Karaçam, ülkemizde Kuzey Anadolu da Tokat ve Güney Anadolu da Kahramanmaraş illeri arasında çekilecek bir hattın batısında saf ve karışık meşcereler halinde bulunmaktadır (Saatçioğlu, 1976). Göller Yöresi nde ise, serpili alanlar halinde ve 23

34 özellikle Sütçüler, Akseki, Beyşehir yörelerinde kıymetli meşcereleri bulunmaktadır (Alptekin, 1986). Anadolu Karaçamı nın dört varyetisi bulunmaktadır (Yaltırık, 1993). Bunlar; Var. pallasiana (Syn: P. pallasiana Lamb., P.n. var. caramanica (Louden): Rehber-Anadolu Karaçamı. Var. pyramidata (Acatay): Yaltırık-Ehrami Karaçam. Var. şeneriana (Saatçioğlu): Yaltırık-Ebe Karaçam. Var. yaltırıkiana Alptekin, var. Nova-Büyük Kozalaklı Karaçam Karaçam odununun makroskopik ve mikroskopik özellikleri Makroskobik özellikleri: Diri odun kırmızımsı ve sarımsı renktedir. Koyu renkli öz odunu vardır. Diri odun yaşlı ağaçlarda dar, genç ağaçlarda ise oldukça geniştir. Radyal kesitte öz ışınları görülmeyecek kadar belirsizdir. Teğet kesitte kahverengi şeritler havidir. Karaçamda reçine kanalları diri odunda aktif olup reçine ile, öz udundakiler ise reçine ve tylosid denilen zarcıklarla tıkalı bulunmaktadır (Göker, 977). Mikroskobik özellikler: İlkbahar odunu traheidlerinin öz ışını paranşim hücreleri ile karşılaşma yerlerinde geniş pencere şeklinde geçitler bulunmaktadır. Geniş pencere şeklindeki geçitlerin açıklıkları ortalama 26μ çaptadır. Radyal kesitte ilkbahar odununda bordürlü geçitlerin çapları ortalama 22μ, yaz odunu bordürlü geçitlerinin çapları ortalama 9.55μ dur. Enine kesitte boyuna reçine kanallarının çapları ortalama 124μ, 1mm² deki traheid sayısı ortalama 998 adettir. Teğet kesitte 1cm² ye giren yatay reçine kanalı sayısı 56 adet, tek sıralı öz ışınlarının yüksekliği maksimum 460μ, 1mm² deki öz ışını sayısı 21, 1mm² deki öz ışını hücre sayısı 188 adettir. Traheid uzunları ortalama 4.20μm. Traheid genişliği ortalama 48μ, hücre çeperi kalınlığı ortalama 9μ dur (Göker, 1977). 24

35 Karaçam odununun fiziksel ve mekanik özellikleri Karaçam odununa ait fiziksel ve mekanik özellikleri çizelge 3.1. de gösterilmiştir. Çizelge 3.1. Karaçamın Fiziksel ve Mekanik Özellikleri (Örs, 1986) Fiziksel ve Mekaniksel Özellikler Yıllık halka genişliği (mm) 1,57 Tam kuru yoğunluk (gr/cm 3 ) 0.52 Hava kurusu yoğunluk (gr/cm 3 ) 0,56 Hacim yoğunluk değeri (gr/cm 3 ) 0,456 Daralma yüzdeleri (%) Liflere paralel yönde 0,23 Radyal yönde 5,58 Teğet yönde 8,19 Hacmen 13,9 Liflere paralel yönde basınç direnci (N/mm 2 ) 47,9 Eğilme direnci (N/mm 2 ) 109,6 Eğilme elastiklik modülü (N/mm 2 ) Kullanım alanları Birçok ahşap malzemenin yapımında kullanılır. Ayrıca gövdesinden elde edilen reçine çeşitli sektörlerde kullanılır. Odunu dış ülkelere travers olarak satıldığı gibi bir çok yerel gereksinimlerde ve özellikle ambalaj sanayinde kullanılır Yöntem Çalışmada piyasadan temin edilen kerestelerin sulamasız, düzgün olanları ayrılmış, ayrılan örneklerin uzunlukları, genişlikleri dinamik elastikiyet modülleri, rutubetleri ölçülmüştür. Basma ve eğilme testlerinde kullanılmak üzere kerestelerin bir kısmı planyalanıp uygun boyutlara getirilmiştir. Daha sonra bu küçük örnekler eğilme ve basma testlerine tabi tutulmuştur. 25

36 Büyük örneklerde bazı fiziksel ve mekanik özelliklerin belirlenmesi Bu çalışmada, malzemenin rutubet ve yoğunlukları, statik yük altındaki; liflere paralel basınç, liflere dik yönde eğilme dirençleri ve eğilmede elastikiyet modülü değerleri tespit edilmiş ve her deney için yaklaşık olarak 124 er adet test örneği kullanılmıştır. Deneyler Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü Mekanik Test Laboratuvarında bulunan 5 ton kapasiteli Universal Test Cihazı kullanılarak yapılmıştır Yoğunluk ve rutubet oranı Deney örneklerinin yoğunluklarının belirlenmesi amacıyla masif malzemeler için TS 2472 de belirtilen esas alınmıştır. Yoğunluk formülü (3.1) e göre hesaplanmıştır ve pinli bir rutubet ölçer Şekil 3.3. de gösterilmiştir. δ = m V (gr / cm 3 ) (3.1) Pinli bir rutubet ölçer kullanılarak deney örneklerinin rutubet miktarları ölçülmüştür. Örneklerin rutubet miktarı, örneklerin tam ortasından ve iki ucunda belli boşluk bırakılarak hesaplanmıştır. Şekil 3.1. de pinli rutubet ölçer örneği gösterilmiştir. Şekil 3.1. Pinli rutubet ölçer 26

37 Piyasadan temin edilen test örneklerinin genişlikleri mm, kalınlıkları mm arasında boyları ise cm arasında değişmektedir. Test örneklerinin bazılarında sulama haricinde belirgin bir kusur bulunmamaktadır. Öncelikle ağırlıkları tartılan örneklerin yoğunlukları hesaplanmış daha sonra pinli bir rutubet ölçer yardımıyla rutubet miktarları belirlenmiştir. Ölçümlerden sonra kerestelere tahribatsız test uygulanmıştır. Bu testlerde kullanılan stres dalga prensibine göre çalışan kereste ölçer MTG Timber Grader (Portatif Kereste Sınıflandırıcı) olarak adlandırılmaktadır. MTG cihazı Brookhuis Micro- Electronics ve TNO (Hollanda) tarafından geliştirilmiştir. Kesilmiş ağaç malzemeler için portatif bir kereste ölçüm aletidir. MTG nin çalışma prensibi odundaki stres dalga yayılımını temel almaktadır (Güntekin et al., 2011). MTG Timber Grader cihazında yukarıda ölçülen değerler girilerek örneklerin doğal frekansları ve dinamik elastikiyet modülleri elde edilmiştir. Timber Grader cihazı ile kereste ölçümü Şekil 3.2. de gösterilmiştir. Şekil 3.2. MTG cihazı ile doğal frekans ve dinamik elastikiyet modülü ölçümü MTG cihazında dinamik elastikiyet modülü ve doğal frekansları ölçülen keresteler daha sonra 3 nokta eğilme testine tabi tutularak örneklerin eğilmede elastikiyet modülü ve eğilme dirençleri hesaplanmıştır. Büyük örneklerin üç nokta eğilme testi Şekil 3.3. de gösterilmiştir. 27

38 Şekil 3.3. Üç Nokta Eğilme Testi Liflere dik yönde eğilme direnci ve eğilmede elastikiyet modülü tayini TS 2474 de belirtilen esaslara göre eğilme direnci denemeleri yapılmış ve denemelerde yaklaşık 300 x 20 x 20 mm boyutlarında küçük örnekler ve yaklaşık 300 x 5 x 10 cm boyutlarında keresteler kullanılmıştır. Denemelerde kullanılmak üzere 124 adet büyük test örneği (kereste) ve 229 adet küçük test örneği hazırlanmıştır. Yük, test örneklerinin tam ortasından uygulanmıştır. Yükleme hızı 6 mm/dk olarak ayarlanmıştır. Eğilme direnci formülü (3.2) de gösterilmiştir. σ = 3PL E 2 2bh (3.2) Burada; σ E = (MOR) Eğilme direnci (N/mm 2 ), P = Kırılma anında uygulanan maksimum kuvvet (N), L = Mesnetler arası mesafe (mm), h = Örnek yüksekliği (mm), 28

39 b = Örnek genişliği (mm). Eğilmede elastikiyet modülünün belirlenmesinde eğilme direnci deney örneklerinden yararlanılmış ve deneyler TS 2478 de belirtilen kriterlere göre eğilmede elastikiyet modülü hesaplaması yapılmıştır. Eğilmede elastikiyet modülü formülü (3.3) de gösterilmiştir. 3 FxL E = (3.3) 3 dx4xbxh Burada; E = Eğilmede elastikiyet modülü (MOE) (N/mm 2 ), ΔF = Elastik deformasyon bölgesinde yüklemenin alt ve üst limitlerinin aritmetik ortalamaları arasındaki farka eşit kuvvet (N), (F2-F1), L = Mesnetler arası mesafe (mm), b = Örnek genişliği (mm), h = Örnek yüksekliği (mm), Δd = (F2-F1) Kuvvet artışı nedeni ile test örneği uzunluğunun ortasında meydana gelen sehim artışı (mm) dır Küçük örneklerde bazı fiziksel ve mekanik özelliklerin belirlenmesi Boyutları yaklaşık 300 x 20 x 20 mm olarak hazırlanan karaçam örnekleri üç nokta eğilme testine tabi tutulmuştur. Eğilme özelliklerinin belirlenmesinde (3.2) ve (3.3) deki formüller kullanılmıştır. Eğilmede kullanılan test düzeneği ve test örneği Şekil 3.4. de gösterilmiştir. 29

40 Şekil 3.4. Eğilme test düzeneği ve test örneği Liflere paralel yönde basınç direnci ve basma modülü tayini TS 2595 de belirtilen kriterlere uyularak basınç dirençleri hesaplanmıştır. Yaklaşık 195 adet test örneği hazırlanmıştır. Örnek boyutları 20 x 20 x 100 mm olup kare prizma şeklindedir. Yükleme hızı 6 mm/dk olarak ayarlanmıştır. Basma deneyinde kullanılan test düzeneği ve test örneği Şekil 3.5. de gösterilmiştir. Basma direnci formülü (3.4) de gösterilen formül ile hesaplanmıştır. F c P max = (3.4) A Burada; ƒ c = Basınç direnci (N/mm 2 ), Pmax = Kırılma sırasındaki maksimum kuvvet (N), A = Test örneği kesit alanı. 30

41 Şekil 3.5. Basma deneyi test düzeneği ve test örneği Basma elastikiyet modülünün belirlenmesinde basma direnci deney örneklerinden yararlanılmıştır. Basmada elastikiyet modülünün hesaplanabilmesi için bir ekstansometre yardımı ile yük birim daralma değeri hesaplanmıştır. Basmada elastikiyet formülü (3.5) e göre hesaplanmıştır. f c = FxL0 (3.5) A x L 0 Burada; f c = Basma elastikiyet modülü (N/mm 2 ), F = Basma anındaki maksimum kuvvet (N), L 0 = ekstensometre ölçüm aralığı (25.4 mm) A 0 = Enine kesit alanı L = Kısalma 31

42 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Büyük Test Örneklerine Ait Bulgular Kerestelerin eğilmede dinamik ve statik elastikiyet modülleri ve eğilme dirençleri Çizelge 4.1. de gösterilmiştir. Çizelge 4.1. Çalışmada kullanılan kerestelerin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri Özellikler Örnek Sayısı Ortalama En Büyük Değer En Küçük Değer Standart Sapma Rutubet (%) Yoğunluk (g / cm 3 ) Frekans (Hz) Varyasyon Katsayısı (%) Dinamik Elastikiyet Modülü (Mpa) Statik Elastikiyet Modülü (Mpa) Eğilme Direnci (Mpa) Yapılan ölçümlerde örneklerin rutubet derecelerinin % arasında olduğu ve ortalama rutubet değerinin % olarak bulunduğu görülmektedir Literatürde yapılan çalışmalarda karaçam türlerinin yoğunlukları şu aralıklardadır; Tam kuru yoğunluk d o :0.52 g/cm 3, Hava kurusu yoğunluk d 12 :0.56 g/cm 3 olarak verilmiştir. 32

43 Bu çalışmada da kereste örneklerin yoğunluk değerleri g / cm 3 arasında değişmektedir ve ortalama yoğunluk değeri 0.52 g/cm 3 olarak hesaplanmıştır. Literatürdeki karaçam örneklerinin yoğunluk değerleriyle benzerlik göstermektedir. Kerestelerde MTG Timber Grader cihazı ile yapılan ölçümlerde elastikiyet modülü N/mm 2 arasında değişmekte ve ortalama N/mm 2 olarak okunmuştur. Statik yöntemlerle bulunan statik elastikiyet modülü değerleri ise N/mm 2 arasında değişmekte ve ortalama değeri 6915 N/mm 2 olarak hesaplanmıştır. Görülmektedir ki MTG Timber Grader cihazı ile yapılan ölçümlerde elastikiyet modülü değerleri statik yöntemlerle elde edilen elastikiyet modülü değerlerinden genel olarak daha yüksektir. Bunun nedeni statik testlerde yapılan hesaplamalarda kesme gerilmelerinden dolayı oluşan deformasyon gösterilebilir. Dinamik elastikiyet modülü kesmeden kaynaklanan deformasyonları içermez (Barrett et al., 2008). Kerestelerde yapılan ölçümlerde eğilme direnci değerleri N / mm 2 arasında değişmektedir ve ortalama eğilme direnci değeri 53 N/mm 2 olarak hesaplanmıştır Büyük örneklere ait eğilme özelliklerinin tahmini MTG cihazı ile yapılan ölçümlerde dinamik elastikiyet modülü ve statik elastikiyet modülü arasındaki regresyon katsayısı (R 2 =0.7416) olarak bulunmuştur. Dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü arasındaki ilişki Şekil 4.1. de gösterilmiştir. Polonya da yetişen sarıçam kerestesinde yapılan bir çalışmada eğilme testinden elde edilen MOE ile MTG den elde edilen MOE arasındaki ilişki (r=0.84) olarak bulmuşlardır (Krzosek et al., 2008). Ross and Pellerin (1994), iğne yapraklı ağaçlar üzerinde yaptıkları çalışmalarda bir çok tür için eğilmede elastikiyet modülü ve eğilme direnci arasındaki regresyon değeri 0.70 ile 0.88 (flatwise) arasında ve (edge) arasında bulmuşlardır. Bu çalışmada da dinamik elastikiyet modülü ile eğilme direnci arasındaki ilişki, Ross 33

44 and Pellerin (1994) de yaptıkları çalışmada elde ettiği değerlere yakın sonuçlar vermiştir. Güntekin et al. (2011), tarafından yapılan çalışmada da, Türkiye de ki Kızılçam kerestelerinin elastikiyet modülü (MOE) stres dalga yöntemi kullanılarak ölçmüşlerdir. Dinamik elastikiyet modülü ve statik elastikiyet modülü arasında ki regresyon katsayısını 0.84 olarak bulmuşlardır. Bu çalışmada da dinamik elastikiyet modülü ve statik elastikiyet modülü arasındaki ilişki, Ravenshorts and Van de Kuilen (2006), Krzosek et al. (2008) ve Güntekin et al. (2011) de yaptıkları çalışmalarda elde ettikleri sonuçlara yakın değerler çıkmıştır. Statik Elastikiyet Modülü y = 0,8891x ,2 R² = 0, Dinamik Elastikiyet Modülü Şekil 4.1. Dinamik elastikiyet modülü ve statik elastikiyet modülü arasındaki ilişki grafiği Bu çalışmada dinamik elastikiyet modülü ile eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı (R 2 =0.4291) olarak bulunmuştur. Dinamik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci arasındaki ilişki Şekil 4.2. de gösterilmektedir. 34

45 90 80 y = 0,0047x + 5,92 R² = 0,4291 Statik Eğilme Direnci Dinamik Elastikiyet Modülü Şekil 4.2. Dinamik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki grafiği Krzosek et al. (2008), tarafından yapılan çalışmada 5 orman bölgesinden alınan Polonya da yetişmiş çam kerestelerinin yapısal özellikleri test etmişlerdir. Eğilme testinden elde edilen statik eğilme direnci ve statik elastikiyet modülü arasındaki regresyon katsayısı (r=0.67) olarak bulmuşlardır. Bu çalışmada da statik elastikiyet modülü ve eğilme direnci arasındaki ilişki Krzosek et al. (2008) de yaptıkları çalışmadaki sonuçlardan daha düşük bir değer elde edilmiştir. Statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı (R 2 =0,5357) olarak hesaplanmıştır ve Şekil 4.3. de gösterilmiştir. 35

46 90 80 y = 0,0051x + 18,459 R² = 0,5357 Statik Eğilme Direnci Statik Elastikiyet Modülü Şekil 4.3. Statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki grafiği Yapılan çalışmalarda Karaçam kerestesinin statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı 0.5 in üzerindedir fakat kuvvetli bir ilişki söz konusu değildir. Bu sonucun sebebi kullanılan Karaçam kerestelerinin kalite özelliklerinin düşük olmasına bağlanabilir Küçük Test Örneklerine Ait Bulgular Çalışmada küçük örneklerin eğilme ve basma dirençleri test edilmiştir. Çizelge 4.2. de küçük örneklerin eğilme ve basma dirençleri özellikleri verilmiştir. 36

47 Çizelge 4.2.Çalışmada kullanılan küçük test örneklerinin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri Özellikler Örnek (Grup) Sayısı Ortalama En Büyük Değer En Küçük Değer Standart Sapma Varyasyon Katsayısı (%) Eğilme Direnci (liflere dik) N/mm 2 Eğilme Modülü (liflere dik) N/mm 2 Basınç Direnci (liflere paralel) N/mm 2 53 Basınç Modülü (liflere paralel) N/mm Küçük örneklerde yapılan ölçümlerde eğilme direnci değerleri N/mm 2 arasında bulunmuş ve ortalama eğilme direnci değeri 82 N/mm 2 olarak hesaplanmıştır. Yukarıdaki açıklamalardan da anlaşılacağı üzere küçük örneklerden elde edilen eğilme direnci değerleri büyük örneklerden elde edilen eğilme direnci değerlerinden genel itibari ile daha yüksektir. Bunun sebebi olarak, kereste dikili ağaçlardan elde edilen materyal olarak çeşitli kusurlar içermektedir ve küçük örneklerde ki kusur oranı, büyük örneklere nazaran daha az bulunması gösterilebilir Küçük örnekler için eğilme özelliklerinin tahmini Küçük örneklerde bazı mekanik özelliklerin dinamik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci Şekil 4.4. de gösterilmiştir. Regresyon katsayıları 0.33 olarak bulunmuştur. 37

48 140 Statik Eğilme Direnci y = 0,0046x + 39,448 R² = 0, Dinamik Elastikiyet Modülü Şekil 4.4. Dinamik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki grafiği Literatürde yapılan çalışmalarda da elde edilen statik eğilme direnci ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki regresyon katsayıları karaçam ve kavak kerestelerinde (sırasıyla R 2 =0.424, R 2 =0.530) bulunmuştur. Statik eğilme modülü ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki regresyon katsayısı ise karaçam ve kavak keresteleri için (sırasıyla R 2 =0.593, R 2 = 0.560) bulunmuştur (Yang and Luo, 2011). Şekil 4.5. de gösterilmiştir. statik eğilme direnci ve statik eğilme modülü arasındaki ilişki 38

49 130 Statik Eğilme Direnci y = 0,0095x + 39,062 R² = 0, Statik Eğilme Modülü Şekil 4.5. Statik eğilme modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki Statik eğilme direnci ve statik elastikiyet modülü değerleri arasında bulunan regresyon katsayısı en büyük değer olarak elde edilmiştir. Dinamik eğilme modülü ve statik eğilme modülü arasındaki ilişki grafiği Şekil 4.6. da gösterilmiş ve regresyon katsayısı oldukça düşük bir değer bulunmuştur. 39

50 y = 0,2569x ,7 R² = 0,1489 Statik Elastiksel Modülü Dinamik Elastikiyet Modülü Şekil 4.6. Statik eğilme modülü ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki. Yukarıdaki yapılan açıklamalarda; Karaçam (Pinus nigra A.) örneklerinin mekanik özellikleri arasında farklı sonuçlar ortaya çıktığı görülmektedir. Aynı ağaç türleri arasında oluşan bu farklılıkların nedeni; Yoğunluk, ağaç yaşı ve bunların sonucu olarak yıllık halka genişliği (Güler ve Bektaş, 2000), diri odun-öz odun oranları, ilkbahar-yaz odunu oranları, lif ve yıllık halkaların uygulanan basınca göre konumlarındaki farklılaşmalar (Güler ve Bektaş, 2000) gibi faktörlerin farklılığından ileri gelmektedir. Genel olarak ağaç malzemenin mekanik özelliklerinin farklı sonuçların çıkmasının nedeni, kerestenin direnç ve elastik değerleri çok geniş bir alana yayılmasından kaynaklanır. Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri çeşitliliğe sebep olan doğal bir hammaddedir. Bu yüzden mekanik özelliklerde farklı özellikler göstermektedir (Frese, 2008). 40

51 Küçük örnekler için basınç özelliklerinin tahmini Basma örnekleri için dinamik elastikiyet modülü ve statik basma direnci arasındaki ilişki Şekil 4.7. de gösterilmiştir. Regresyon katsayısı 0.5 e yakın bir değer bulunmuştur bundan dolayı ilişkinin çok kuvvetli olduğunu söylenememektedir y = 0,0021x + 23,488 R² = 0,4262 Basınç Direnci Dinamik Elastikiyet Modülü Şekil 4.7. Statik basma ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki y = 0,5516x ,7 R² = 0,2487 Basınç Modülü Dinamik Elastikiyet Modülü Şekil 4.8. Statik basma modülü ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki 41

52 Statik basma direnci ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişki; statik basma modülü ve dinamik elastikiyet modülü arasındaki ilişkiden daha kuvvetli olduğu söylenebilir. 42

53 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Sonuç olarak tahribatsız muayene yöntemleri hayatımızı kolaylaştıran ve kullandığımız malzemelerin kalite özelliklerinin belirlenmesini en kısa süre de gerçekleştiren bir teknik olarak giderek popüler bir hal almaktadır. Test ettiğimiz karaçam türünde kullanmış olduğum tahribatsız muayene tekniği sayesinde karaçam kerestesinin direnç özellikleri kolaylıkla bulunmuş ve statik test sonuçlarıyla karşılaştırıldığında ise birbirine yakın değerler çıkmıştır. Bu çalışmada karaçam odununda eğilme özellikleri akustik yöntemlerden stres dalga yöntemini kullanan MTG Timber Grader cihazı kullanılarak tahmin edilmeye çalışılmıştır. Cihaz çeşitli ebatlardaki karaçam odunu örneklerinde dinamik elastikiyet modülü ve doğal frekans değerlerini vermektedir. Eğilme testlerinden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldığında dinamik elastikiyet modülü ile statik elastikiyet modülü arasındaki regresyon katsayısı 0.74 bulunmuştur. Dinamik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı ise 0.42 bulunmuştur. Statik elastikiyet modülü ile statik eğilme direnci arasındaki regresyon katsayısı ise 0.53 bulunmuştur. Dinamik elastikiyet modülü, statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki Şekil 5.1. de gösterilmektedir. 43

54 DİNAMİK MOE R 2 = STATİK MOE R 2 = STATİK MOR R 2 = Şekil 5.1. Dinamik elastikiyet modülü, statik elastikiyet modülü ve statik eğilme direnci arasındaki ilişki Statik elastikiyet modülü değişimin % 74 sının (R 2 ) dinamik elastikiyet modülü tarafından açıklanabildiğini, geri kalan % 26 lık kısım için başka değişkenlere ihtiyaç duyulduğunu söylenebilir. Statik eğilme direncinde ise değişimin 0.42 sini (R 2 ) dinamik elastikiyet modülü tarafından açıklanabileceği, geri kalan % 58 lik kısmın açıklanabilmesi için başka değişkenlerin yardımına ihtiyaç duyulduğu söylenebilir. Küçük örneklerin eğilme özelliklerinin tahmininde, büyük örneklerin dinamik elastikiyet modüllerinden yararlanılmıştır. Sonuç olarak eğilmede küçük örneklerde; regresyon katsayısı arasında bulunmuş ve dinamik elastikiyet modülü kullanılarak küçük örneklerin eğilme özelliklerinin tahminin sağlıksız olacağı sonucuna varılmıştır. Basma örneklerinde ise bulunan regresyon katsayı değerleri; arasında bulunmuştur. Böylece dinamik elastikiyet modülü değerleri kullanılarak küçük örneklerin basınç özelliklerinin tahmininin iyi sonuçlar vermeyeceği görülmüştür. 44

55 6. KAYNAKLAR Anonim Ahşabın Mekanik Özellikleri. Ahşap Yapılar, Eskişehir. Anonim. 2004a. Ahşap ve Ahşap Malzemeler. Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyon. Anonim. 2004b. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Tahribatsız Muayene Yöntemleri Basılmamış Ders Notları, İstanbul. Anonim Metal Teknolojisi / Tahribatsız Muayene. MEGEP (Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi), 49 s. Ankara. Anonim Tahribatsız Malzeme Muayene. San. ve Tic.Ltd.Şti, Bursa. Anonymous Microtec Innovating Wood. İnternet Sitesi. Erişim Tarihi: Anonim. 2012a. Tahribatsız Muayene Yöntemleri. İstanbul. Anonim. 2012b. Metriguard Inc. İnternet Sitesi. Erişim Tarihi: Anonymous. 2012c. IML Wood Testing Systems. İnternet Sitesi. Erişim Tarihi: Anonymous. 2012d. Classificazione Del Legno Massiccio, Italy. Anonymous. 2012e. Prince's Landscape & Construction Pte Ltd., Singapore. Alptekin, C.Ü., Karaçam ın (Pinus nigra ssp. pallasiana Lamb. Holmboe) Coğrafik Varyasyonları, İ.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi (Yayınlanmamış), 170 s.,istanbul. Anşin, R., Tohumlu Bitkiler I. Cilt, Gymnospermai, K.T.Ü., Yayın No: 122, Orman Fakültesi Yayın No: 15, 262., Trabzon. Bacher, M., Comparison of different machine strength grading principles. Conference COST E53, October 2008, Delft, The Netherlands, Barrett, J.D., Lam, F., Chen, Y., Comparison of machine grading methods for Canadian Hemlock. Proceedings of 10 th WCTE Miyezaki, Japan. Beall, F.C., Preliminary investigation of acoustic emission from wood during pyrolysis and combustion. J Acoustic Emission 6 (3),

56 Bender, D.A., Burg, A.G., Hooper, J.A., Predicting localized MOE and tensile strength in solid and finger jointed laminated lumber using longitudinal stress waves. For Prod J 40 (3), Brancheriau, L., Bailleres, H., Lanvin, J.D., A new grading process for structural timber based on partial least squares method using acoustic vibrations spectra. In: Proceedings of the 13 th International Symposium on Nondestructive testing of wood Bodig, J., Jayne, B.A., Mechanics of wood and wood composites. Van Nostrand Reinhold, 712, New York. Bozkurt, A.Y., Göker, Y., Fiziksel ve Mekaniksel Ağaç Teknolojisi, İ.Ü.Orman Fak. Yayınları No: 3402, 379 s., İstanbul. Bucur, V., Acoustics of Wood. (Springer Series of Wood Science). Springer, 393 pp, Berlin. Bucur, V., Techniques for high resolution imaging of wood structure: a review. Meas Sci Technol 14: R91 R98. Emerson, R., Pollock, D., McLean, D., Fridley, K., Pellerin, R., Ross, R., Ultrasonic inspection of large bridge timbers. Forest Prod J 52 (9), Esteban, L.G., Fernandez, F.G., de Palacios, P., MOE prediction in Abies pinsapo Boiss. Timber: Application of an artificial neural network using nondestructive testing. Computers and Structures, 87, Frese, M., Visual strength supported by mechanical grading. Conference COST E53, October 2008, Delft, The Netherlands, Göker, Y., Dursunbey ve Elekdağ Karaçamlarının Fiziksel ve Mekanik Özellikleri ve Kullanış Yerleri Hakkında Araştırmalar, Orman Genel Müdürü Yayını, , Ankara. Green, D.W., McDonald, K.A., 1993a. Investigation of the mechanical properties of red oak 2 by 4 s. Wood and Fiber Science. 25(1), Green, D.W., McDonald, K.A., 1993b. Mechanical properties of red mable structural lumber. Wood and Fiber Science. 25(4), Gromala, D.S Machine-Graded Lumber: Questions and Answers. Automated Builder, September 1996,

57 Güler. C., Bektaş, İ., Andırın Doğu Kayını (Fagus orientalis L.) odununda elastiklik özellikler ile yoğunluk arasındaki ilişki. Fen ve Mühendislik Dergisi, 3 (2), s Güntekin, E., Cengiz, Y., Yılmaz T., Prediction of MOE for Turkish Red Pine: Stress Wave versus Artificial Neural Networks. 17th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium, pp Hoyle, R.J., Pellerin, R.F., Stress wave inspection on wood structures. Proc 4 th Symp on Nondestructive Testing of Wood, Washington State University, Pullman, pp İlhan, R., Türkiye nin Ekonomik Bakımından Önemli Bazı Ağaç Türlerinin Emprenyesine Ait Araştırmalar, Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayını, Teknik Bülten Serisi No: 56, 363 s., Ankara. İlhan, R., Ağaç Malzeme Koruma ve Emprenye Tekniği, K.T.Ü. Orman Fak. Yayını No: 74, 154 s., Trabzon. Jayne, B.A., Vibrational properties of wood as indices of quality. For Prod J 9 11, Kaya, Z., Teremit, A., Genetic Structure of Marginaly Located Pinus nigra var. Pallasiana populations in Central Turkey, Silvae Genetica 43, Krzosek, S., Grzeskiewicz, M., Bacher, M., Mechanical properties of Polish grown Pinus silvestris L. Structural sawn timber. Conference COST E53, October 2008, Delft, The Netherlands, pp Lies, W., Fine Structurs of Bordered Pits Coniferous Woods, Proceadings of The İnternational Conferense on Electron, Microscopy, London. Niemz, P., (2007), Methods of non destructive wood testing. Institute for Building Materials (Wood Physics), ETH Zurich, 7 8. Öktem, H.F., Ultrasonik Tahribatsız Muayene Tekniğinin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Konstrüksiyon ve İmalat Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 58, İzmir. Örs, Y., Odunun Fiziksel Özellikleri K.T.Ü. Orman Fakültesi Yayını, No: 5, 203 s., Trabzon. Pellerin, R.F., Avibrational approach to nondestructive testing of structural lumber. For Prod J 15 (3),

58 Ross, R.J., Pellerin R.F., Nondestructive evaluation of wood past, present and future. In: Ruud CO, Green RE (eds) Nondestructive characterization of material, vol IV. Plenum Press, New York, pp Ross, R.J., Pellerin R.F., Nondestructive testing for assessing wood members in structures. A review. Res Pap FPL GTR 70. Forest Products Laboratory, USDA, Washington, DC. Ross, R.J., Vogt, J.J., Nondestructive evaluation wood based particle and fiber composites with longitudinal stress waves. Proc 5 th Symp on Nondestructive testing of wood, Washington State University, Pullman, pp Ross, R.J., Pellerin R.F., Nondestructive testing for assessing wood members in structures. General Technical Report FPL GTR 70, USDA, Forest Product Laboratory, Madison, WI, 40 pp. Saatçioğlu, F., Silvikültür I, Silvikültürün Biyolojik Esasları ve Prensipleri, İ.Ü. Orman Fak. Yayın No: 222, 423 s., İstanbul. Smulski, S., Relationship of stress wave and static bending determined properties of four northeastern hardwoods. Wood Fiber Sci 23, Tomikawa, Y., Iwase, Y., Arita, K., Yamada, H., Nondestructive inspection of a wooden pole using ultrasonic computed tomography (in Japanase). Ultrason Technol 2 (2), Tuncel, S., Tahribatsız Muayene Teknolojilerinde Son Gelişmeler: Akustik Emisyon. TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü, Yaltırık, F., Dendroloji Ders Kitabı I (Gymnospermae), İ.Ü. Yayın No: 3443, Orman Fakültesi Yayın. Yang, X., Luo, J., Mechanical properties measurement of non defect logs by using stress wave. 17th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium, pp

59 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı: Zübeyde BÜLBÜL Doğum Yeri ve Yılı: Isparta Yabancı Dil: İngilizce (ÜDS:77, KPDS:71) Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl) Lisans 1: Orman Endüstri Mühendisliği, Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi ( ) Lisans 2: İşletme, Eskişehir Anadolu Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi (2008- halen) Yüksek Lisans: Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Orman Endüstri Mühendisliği ( ) 49