Faanyag mechanikai vizsgálata a faipar egyik nagyon fontos, de eléggé elhanyagolt része.

Ennek több oka is van:

• Speciális mérőeszközök kellenek hozzá
• nincsen szükségünk rá, mert már elvégezték előttünk
• sűrűség általában elegendő jelzés a szilárdság becslésére
• ismernünk kellene a mérések módját…

(Aki az utolsó ok miatt nem ismeri, annak hasznos a következő leírás.)

A szilárdsági méretezés nem olyan régi tudományág. Régen kizárólag csak tapasztalati úton készítettek teherhordó szerkezeteket. A módszer a „Szemre jó”, „más helyen ez már bevált”, és a „ha reped, megerősítjük” volt. Ha belegondolunk, hogy néhány ókorban készült épületek több ezer évet kibírtak, és a mostanság tervezett szerkezetek maximum 100 évig fognak állni, máris nem tűnik annyira használhatatlannak. De szembetűnő az anyag pazarlása, és a sok idő.

Az Ipari forradalom idején a gépipar, és az építészet megkövetelte, hogy a felhasznált anyagoknak pontosan ismerjük a szilárdságát. Ennek részben a gazdaságosság volt az oka, részben a működőképesség megőrzése (ha túl nehéz a repülő, hogyan száll fel?).

Modern szerkezetekben már különleges összetett „kompozit anyagokat” is használunk. Ezeket önlengésre, rezonanciára, öregedésre, kifáradásra, és sok más egyéb hatásra is tudjuk tervezni.

Kis bútorstílustan - méretezési rendszerek összefoglaló: (dátumok - egyértelműen nem pontosak.)

Régi vita, hogy a fa erős, vagy gyenge a többi anyaghoz képest. A vita értelmetlen. Minden anyagnak van rengeteg jó, és kevésbé jó tulajdonságai vannak. Egyet kiragadva nem lehet jónak, vagy rossznak minősíteni. "Csak azt a statisztikát hiszem el, amit én magam hamisítottam. Winston Churchill". Ki, mit szeretne igazolni, úgy mutatja be az adatokat. Sűrűséghez képest nagyon erős a fa. Minden anyagnak vannak jó/rossz tulajdonságai. Azért tartom fontosnak az anyagismeretet, válogatni tudjunk. Ha több anyag  kedvező tulajdonságait egyesítjük, akkor kiváló tulajdonságú kompozit anyagokat is létre lehet hozni! Fa-fém-kerámia-műanyag-üvegszál-szénszál-nanocső...

Teljesség igénye nélkül játszottam egy pár adattal.  Az adatok természeresen csak nagyságrandileg jók. Számomra is meglepetés volt, hogy hány fajta üvegszál, Kevlar szál, szénszál kapható.

Aki hiányolja a szálak nyomószilárdsági értékét, az próbáljon meg pókfonalat nyomni!

Akkor miért nem fát használunk mindenhová? Valóságos faanyagnál sajnos rengeteg nem tervezhető, szilárdságot drasztikusan csökkentő tulajdonság van:

• kifutó szál (hasított anyagok ezért erősebbek a fűrészeltnél)
• fahibák (göcs, hullámos rost, gyantatáska,…)
• Károsítók (gomba, rovar)
• kor (furcsa, de a fa (több száz - ezer év!) bomlik, „párolog”) Érett fa gyengébb.

Faanyag különleges. Három kitüntetett anatómiai iránya van: Húr, sugár, és bütüirány. Ebből a húr, és a sugárirány nagyon hasonlóan viselkedik. Méretezéskor általában rosttal párhuzamos, és rostra merőleges irányokkal számolunk. Állandó, nyugvó terhelésre szoktunk méretezni. A faipari méretezési módszerek az építészeti, és a gépészeti méretezés között van.

Építészek nem tudják pontosan az egyszerre ható terhelés nagyságát. Statisztikai módon beleszámolják a szél, hó, földrengés, vihar, és más egyidőben várható terhelését. Ez a módszer számunkra nem használható. Viszont tudják, hogy fafajonként, termőhelyenként, rönkönként, sőt egy rönkön belül is minden anyagnak más-más lesz a szilárdsága. Ezért szilárdsági csoportokat hoztak létre: Eurocode 5 - MSZ EN 338 Nagy teherhordó szerkezeteknél, lépcsőknél, épületeknél ez a módszer jó.

Gépészek pontosan tervezik a szerkezeteket. Pontosan ismerik a terheléseket, és az anyag szilárdságát. Nagy méretű hibamentes faanyag csak különleges esetben létezik (hibakiejtett fríz, vagy rétegelt termékek) Az első göcs, fodros évgyűrűszerkezet, rejtett fahiba azonnal megzavarja a faanyag szilárdságának becslését. Általában nagyobb gondot okoz a fa rugalmas alakváltozása, mint a szilárdsága.

Faipari termékek tervezés során mindkét út járható. Nagy teherhordó szerkezetnél az építész módszert használjuk. Kis méretek esetén, bútor tervezésénél nagy biztonsági tényezővel a gépész tervezést használjuk. Külön probléma a faanyag lehajlásának ellenőrzése.

Alap igénybevételek (direkt 2 csoportba raktam! Miért?):

1. húzás
2. nyomás σ=F/A [N/mm²]
3. hajlítás (összetett húzás-nyomás)

4. nyírás τ= F/A [N/mm²]
5. csavarás (centrális nyírás)

Amit a legelején meg kell érteni, hogy minden mért érték nagyon függ két paramétertől:

Szálirány, és a nedvességtartalom.

Minden katalógusban megadott adat u=12% nedvességtartalomra, és tisztán szálirányra merőleges, és száliránnyal párhuzamos irányra értendő. 

(Ha nem ebben az állapotban lesz felhasználva, az értékeket át kell számolni!)

Valóságban nincsen lehetőség mindig elvégezni a szilárdsági méréseket.

EuroCode csoportokba sorolják az azonos szilárdságú anyagokat:

Iparban becsülni tudjuk a szilárdságot néhány jellemző alapján:

• Fafaj szerint
• Sűrűség szerint
• Lehajlás szerint (egységnyi terhelés)
• Brinnel keménység szerint