第四章 實驗結果與討論
第一節 圓木分等實驗結果
本批圓木試材來自林業試驗所蓮華池研究中心23 年生杉木造林木，試材分別對原 木、鋸切成角材、鋸切成實大樑、鋸切成小試材後，經過乾燥後，分別進行目視分等、
非破壞性試驗及破壞性試驗，並進行後續統計分析。其原木尺寸為直徑15～21 cm、長 度250 cm，共 20 根，角材尺寸為 10 × 10 × 250 cm，共 20 根，氣乾密度為 0.39～0.53 (g/cm3)，實大樑尺寸為 5 × 10 × 250 cm，共 40 根，氣乾密度為 0.39～0.53 (g/cm3) ，鋸 切成小試材尺寸為3 × 3 × 50 cm，共 207 根，氣乾密度為 0.34～0.67 (g/cm3)。密度變化 顯示出杉木有高的變異性存在。
4.1.1. 四種超音波法檢測圓木試材的結果
應用心材測定、半直接法、表面法、邊材測定等四種超音波法檢測圓木試材的超音 波速度及動彈性模數結果，如表4-1 所示，經過統計分析結果得知，超音波速度及動彈 性模數有邊材測定＞表面法＞心材測定及半直接法的結果，顯示出杉木的邊材強度性質 較心材部份大約6%(動彈性模數)。
依據曾偉宏(1984)指出成熟材及為成熟材的位置約在距髓心 7-12 cm 範圍內，之外 到樹皮的範圍可視為成熟材部份。唐讓雷(1984)指出杉木作為材料的最大缺點是含有高 比例的未成熟材存在，杉木木材強度在樹幹橫向變化，是從髓心向樹皮側方向增加，達 到最大值後再逐漸減少。因此試驗用原木因為心材存在有大部份的未成熟材，外側僅有 部份成熟材，所以會有邊材測定＞心材測定的結果。
表面法與其它三種檢測法所得動彈性模數之間的直線迴歸相關係結果，顯示有極顯 著的正相關性存在，其決定係數(R2)範圍是 0.86～0.90 之間(表 4-2 所示)，此表示四種方 式皆可以評估圓木試材的動彈性模數，但是，由於檢測的位置會影響評估的數值，因此 建議檢測時以圓材兩端斷面的邊心材設定多個檢測點，然後計算平均數值以作為代表較 為適當。
表 4-1 四種超音波法檢測杉木圓木的超音波速度及動彈性模數鄧肯多變域 分析
Methods 心材測定 半直接法 表面法 邊材測定 Vu (m/s) 4921a 4923 a 5021 b 5139 c DMOEu (kgf/cm2) 131270 a 131415a 136432 b 143065 c 超音波速度，Vu；動彈性模數，DMOEu；
(資料來源:本研究自製)
表 4-2 表面法與其它三種檢測法測定動彈性模數之間的迴歸(Y = AX +B) 統計結果
Linear regression model Y=AX+B
Y X A B
R2
邊材測定DMOEs 0.988 8324 0.88**
心材測定DMOEh 0.931 4232 0.86**
半直接法DMOEi
表面法 DMOEa
0.960 503 0.90**
(資料來源:本研究自製)
4.1.2. 四種試材的動彈性模數
應用超音波法及應力波法檢測四種試材圓木、角材、實大樑、小試材的超音波速度 (Vu)、超音波動彈性模數(DMOEu)、應力波速度(Vs)、應力波動彈性模數(DMOEs)，結 果顯示在表4-3 中，鄧肯多變域分析結果得知應用超音波法檢測四種試材圓木、角材、
實大樑、小試材的動彈性模數(DMOEu)之間沒有顯著性差異；而應用應力波法檢測四種 試材圓木、角材、實大樑、小試材的應力波動彈性模數(DMOEs)，發現圓木、角材、實 大樑三者間沒有顯著性差異，然而小試材小於其它三種尺寸，依據葉政翰(1994)指出應 力波檢測時受到試材細長比的作用，會影響到檢測的結果，本試驗小試材長度為 50cm
＜60cm，因此受到影響而變低。比較超音波法及應力波法兩種檢測法的數值，得知超 音波法的動彈性模數較應力波法有較高的結果。
應用超音波法檢測圓木與其它三種材料試材所得動彈性模數之間的直線迴歸相關 係結果，顯示有極顯著的正相關性存在，其決定係數(R2)範圍是 0.69～0.77 之間(表 4-4 所示)，而應用應用波法檢測圓木與其它三種材料試材所得動彈性模數之間的直線迴歸 相關係結果，顯示有極顯著的正相關性存在，其決定係數(R2)範圍是 0.58～0.77 之間(表 4-5 所示)，此表示兩種方法在四種試材之間有相類似的檢測水準，在此若考慮檢測的方 便性時，可選擇超音波法檢測試材。
表 4-3 四種試材的超音波速度及動彈性模數鄧肯多變域分析
Sample 圓木 角材 實大樑 小試材
Vu (m/s) 5281 a 5173 a 5234 a 5381 b DMOEu (kgf/cm2) 133767 a 128256 a 132499 a 133887 a Vs (m/s) 5031 a 5039 a 5038 a 4229 b DMOEs (kgf/cm2) 121453 a 121498 a 122609 a 82649 b
超音波速度，Vu；超音波動彈性模數，DMOEu；應力波速度，Vs；應力波動彈性模數，
DMOEs
(資料來源:本研究自製)
表 4-4 超音波法檢測圓木與其它三種試材所得動彈性模數之間的迴歸(Y =
AX +B)統計結果Linear regression model Y=AX+B
Y X A B
R2
角材DMOEb 0.906 7022 0.76
實大樑DMOc 1.022 -4161 0.77 小試材DMOEd
圓木 DMOEa
0.706 39481 0.69
(資料來源:本研究自製)
表 4-5 應力波法檢測圓木與其它三種試材所得動彈性模數之間的迴歸(Y =
AX +B)統計結果Linear regression model Y=AX+B
Y X A B
0.369 37847 0.58
(資料來源:本研究自製)
4.1.4. 三種試材的抗彎彈性模數及抗彎強度
因為圓材要作為下一階段角材試材(僅檢測抗彎彈性模數)使用，所以沒有進行破壞 試驗，而角材、實大樑及小試材抗彎彈性模數及抗彎強度的結果，如表4-7 所示。其中 小試材的抗彎彈性模數最小，但是其抗彎強度又有較大的結果。此部份應該是本批試材 是未成熟材所影響，林振榮(1992)報告指出柳杉製材品的抗彎彈性模數在未成熟材中較 成熟材小，但是抗彎強度在未成熟材中則較成熟材大，與本試驗的結果相似。
表 4-7 三種試材的抗彎彈性模數及抗彎強度
抗彎試驗 角材 實大樑 小試材
抗彎彈性模數MOE 98720 101238 60779
抗彎強度MOR 455 518
(資料來源:本研究自製)
4.1.5. 動彈性模數與抗彎彈性模數、抗彎強度間的相關性
本批試材中，原木、角材、實大樑、小試材經過超音波法及應力波檢測，然後角材、
實大樑、小試材經過抗彎三分點載重試驗，求得抗彎彈性模數，之後，實大樑、小試材 進行破壞試驗，求得抗彎強度。超音波法及應力波的動彈性模數與抗彎彈性模數、抗彎 強度間的直線迴歸式如表4-8 所示，結果顯示角材、實大樑及小試材的動彈性模數與抗 彎彈性模數、抗彎強度之間，有顯著正相關性存在(R2=0.14～0.69)，但是實大樑部份的 決定係數值有偏低的現象(R2=0.14～0.27)。可見超音波法及應力波檢測原木、角材、實 大樑、小試材的動彈性模數的雖然具有一定的評估依據，但是並不具有很高的預估水準。
表 4-8 動彈性模數與抗彎彈性模數、抗彎強度間的相關性
DMOEu(超音波法) 133693 127312 134583 DMOEv(應力波法) 120975 113494 122508
(資料來源:本研究自製)
角材經過目視分等後的動彈性模數及抗彎彈性模數如表 4-10 所示，經過 ANOVA 統計分析結果，顯示角材強度性質在各品等之間並沒有顯著性差異存在，此表示在試材 的強度性質方面，以目視分等法是無法有效分等杉木角材。
表 4-10 角材不同品等間的動彈性模數與抗彎彈性模數
圓木等級 1 等 2 等 3 等
DMOEu(超音波法) 134736 127945 120871 DMOEv(應力波法) 12528 122076 111716 MOE(抗彎試驗) 100122 98538 97986
(資料來源:本研究自製)
實大樑經過目視分等後的動彈性模數及抗彎彈性模數、抗彎強度如表 4-11 所示，
經過 ANOVA 統計分析結果，顯示實大樑強度性質在各品等之間並沒有顯著性差異存 在，此表示在試材的強度性質方面，以目視分等法是無法有效分等杉木實大樑。
表 4-11 實大樑不同品等間的動彈性模數與抗彎彈性模數、抗彎強度
圓木等級 1 等 2 等 3 等
DMOEu(超音波法) 135331 131077 126092 DMOEv(應力波法) 124086 122684 116920 MOE(抗彎試驗) 101343 102608 94340
MOR(抗彎試驗) 470 444 435
(資料來源:本研究自製)
小試材經過目視分等後的動彈性模數及抗彎彈性模數、抗彎強度如表 4-12 所示，
經過ANOVA 統計分析結果，顯示小試材各強度性質在各品等之間並沒有顯著性差異存 在，此表示在小試材的強度性質方面，以目視分等法是無法有效分等杉木小試材。
表 4-12 小試材不同品等間的動彈性模數與抗彎彈性模數、抗彎強度
圓木等級 1 等 2 等 3 等
DMOEu(超音波法) 136749 131208 129010 DMOEv(應力波法) 84549 80808 79985 MOE(抗彎試驗) 62370 60296 58553
MOR(抗彎試驗) 542 510 481
(資料來源:本研究自製)
綜合上述實驗的結果，非破壞性技術可以應用木材材質的評估，由於動彈性模數與 抗彎彈性模數或抗彎強度有顯著正相關性存在，且實際抗彎彈性模數分佈範圍，因此，
非破壞性檢測後可以利用這些迴歸方程式推導出抗彎彈性模數，然後依據CNS14630 的 機械等級區分標準，抗彎彈性模數等級為E50 (>40000, <60000 kgf/cm2)、E70 (>60000,
<80000 kgf/cm2)、E90 (>80000, <10000 kgf/cm2)、E110 (>100000, <120000 kgf/cm2)、E130 (>120000, <140000 kgf/cm2)、E150 (>140000 kgf/cm2))，是適合作為木材應力分等的標準。