Theoretical and experimental determination of balsa wood elastic properties to supplement the stiffness prediction of a physically based FRP Sandwich Model

Abstract

Um die Steifigkeitsvorhersage eines physikalisch-basierten Faserverbundkunststoff Sandwich Modells zu unterstützen, wird eine Übersicht der internationalen Literatur zu den Eigenschaften von Balsaholz gegeben. Daraus wird eine generische Datenbasis der elastischen Eigenschaften gewonnen. Die veröffentlichten Daten werden mit Bezug auf die Holzdichte aufbereitet und dargestellt. Der am besten beschreibende Korrelationsgrad wird ermittelt und die natürliche Streuung der Daten, sowie der Einfluss der Holzdichte werden diskutiert. Die Modelvorhersage wird anhand quasi-statischer Vierpunktbiegeversuche an Sandwichproben verschiedener Kerndicken überprüft. Die der Auswertung zugrunde liegende Analytik beschreibt die Biegelinie der neutralen Achse des Sandwichs. Die Genauigkeit der Steifigkeitsvorhersagen wird durch die Implementierung der generischen Datenbasis maßgeblich gesteigert und durch die experimentellen Ergebnisse bestätigt.

To supplement the stiffness prediction of a physically based fiber reinforced plastic sandwich model the international literature on balsa wood material properties is reviewed. Therefrom a generic database for the elastic properties is derived. The available published data are collected, evaluated and presented in dependence of the balsa wood density. To characterize the type of dependence on the density the best correlating fitting approach is implemented. Furthermore, the natural scatter of the data and the relative moisture content are discussed. The model’s stiffness prediction is compared to quasi-static four-point bending tests on sandwich specimens with different core thicknesses. The analytical expressions used for the evaluation model the deformation of the sandwich neutral axis. The accuracy of the model’s stiffness prediction is significantly improved by the implemented database and found to be in good agreement with the experimental results.