結果與討論

3-3-1 實生林與萌蘗林杉木之探討 (一) 氣乾比重

經製材後所得到的試材尺寸為 3.8×9×213.3 cm³，而萌蘗林木材的 氣乾比重平均為 0.380，實生林木材氣乾比重為 0.384，後者大於前者 1

％，但經 T 檢定並無顯著性差異，同時其變異數相差不大，亦就是說，

萌蘗林和實生林木材的比重是差不多的；比重和強度之間是有正相關的 關係，比重越大強度應該會來得較大，比重小則反之，因此由比重的觀 點來推測，未來進行破壞試驗時，其所得的強度萌蘗林與實生林應該是 無明顯差異。

表3-3.1 萌蘗林與實生林氣乾比重之 T 分配

萌蘗林 實生林

平均數 0.380 0.384

變異數 0.00086 0.00153

觀察值個數 54 66

假設的均數差 0

自由度 117 t 統計 -0.6197

P(T<=t) 雙尾 0.5366

臨界值：雙尾 1.9804

(二) 超音波速

超音波（16kHz）傳播木材之木理方向時，可得其萌蘗林杉木的超 音波速（Vu）為 5156.7 m/s，實生林杉木為 5321.5 m/s，所以實生林 杉木的超音波速比萌蘗林杉木的超音波速快 3％，經統計分析結果，兩 者間有顯著性差異（0.05level）。但是就變異數而言，實生林杉木的變異 數比萌蘗林杉木來得大，因此可以推論實生林杉木的材質變異應該沒有 萌蘗林杉木來得均勻。但是可從實生林杉木與萌蘗林杉木超音波速的關

係來推斷，實生林木材的材質可能比萌蘗林木材來得好一些，至於是否 兩者之間的材質有實質上的差異，必須經過破壞性的檢測才可得知。

0 5 10 15 20 25 30

4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000

超音波速(m/s)

頻率百分比(%)

萌蘗林 實生林

圖 3-3.1 萌蘗林杉木與實生林杉木超音波速之次數分佈頻率

表 3-3.2 萌蘗林杉木與實生林杉木超音波速之 T 分配

萌蘗林 實生林

平均數 5157 5321

變異數 102597 114905

觀察值個數 54 66 假設的均數差 0

自由度 116 T 統計 -2.7292

P(T<=t) 雙尾 0.0073

臨界值：雙尾 1.9806

(三) 超音波動彈性模數（EDU） 變異數 199322174 325439353

觀察值個數 54 66

(四) 橫向振動法彈性模數（EDT）

變異數 163309833 328924797

觀察值個數 54 66

（0.05 level），而 MOE 有顯著性的差異（0.05 level），其中 MOE 與之 前橫向振動之動彈性模數所推測的結果是一致的，同時萌蘗林杉木的 MOR 值雖然小於實生林杉木的 MOR 值，但是因為沒有顯著性差異，也就 是說兩者在強度上，可說是不分軒桎。

表 3-3.5 萌蘗林與實生林杉木 MOR 之 T 分配

變異數 277726533 375149991 觀察值個數 54 66 3.8×9×213cm³實大梁，依 CNS13826 針葉樹造林木分等標準進行製材的 等級區分，可看出其主要分等依據乃是節，其他缺點甚少，所得一等材 佔 34.2％，二等材佔 12.5％，三等材佔 21.7％，其他佔 31.7％；而目 視分等是否為科學的方式，需要用其他試驗的結果來證明，如果與其他 試驗的結果有很大的相關性時，那麼目視分等將是很重要而且簡單的判

定方式。而本試驗，木材平均含水率為 15.5％。 Significant difference

0.05 level

Lumber grades C H B A

Number of specimens 26 38 15 41

Average 超音波速(m/s) 5174.2 5196.3 5262.9 5335.2 Significant difference

0.05 level

Lumber grades B C H A

Number of specimens 15 26 38 41 Average

EDU(x10³kgf/cm²)

105.3 105.5 105.7 112.2 Significant difference

0 05 level

0.05 level

Lumber grades C B H A

Number of specimens 26 15 38 41

Average EDT(x10³kgf/cm²) 96.4 98.4 98.5 104.4 Significant difference

0.05 level

Lumber grades B C A H

Number of specimens 15 15 68 22

Average MOR(kgf/cm²) 395.2 425.9 427.4 435.2 Significant difference

0.05 level

Lumber grades C B H A

Number of specimens 26 15 38 41 Average

MOE(x10³kgf/cm²)

87.0 91.1 92.0 92.2 Significant difference

0.05 level

(二) 目視分等與比重的關係

由表 3-3.7 新多變域分析得知，目視分等和比重之間是沒有顯著 的關係，主要是因為木材本身的密度相差就不大，同時目視分等亦不能 看出其比重之大小，所以目視分等不適用於比重的推測。

(三) 目視分等與超音波速的關係

由表 3-3.7 亦可看出超音波速與目視分等間無顯著的相關性，其 中一等材（A）的波速為最大，其次為二等材（B），再者為三等材（C）

與等外材（H），因為三等材與等外材缺點其實相差無幾且多，所以兩者 間不容易看出差異。

(四) 目視分等與超音波動彈性模數（EDU）的關係

由表 3-3.7 亦可看出目視分等與 E^DU沒有顯著的關係，雖然目視分 等與超音波速有關係的存在，但是因為動彈性模數是由比重及超音波速 的數值計算出來的，且比重與目視分等沒有顯著差異，所以目視分等與 超音波動彈性模數沒有顯著關係的這個結果是合理的。而 Wang and Lin

（1997）報告提到，柳杉製材品依 JAS 標準分等時，其動彈性模數是以 特等材為最高，依序為一等材、二等材、三等材，此和本實驗不同，也 許是由於本實驗之杉木只有 20 年生，幾乎均為未熟材，而造成不同目 視分等之間 E^DU值無顯著性差異。

(五) 目視分等與橫向振動之動彈性模數（EDT）的關係

由表 3-3.7 亦可看出目視分等與橫向振動之 EDT 亦沒有顯著的關 係，因為橫向振動與超音波性質相類似，而 EDU 與目視分等沒有顯著差 異，所以目視分等與 EDT亦沒有顯著關係的這個結果是合理的。

(六) 目視分等與 MOE、MOR 的關係

由表 3-3.7 亦可看出 MOR 與目視分等沒有顯著差異；MOE 與目視 分等亦沒有顯著差異。EDU、EDT及 MOE 值與目視分等都沒有關係，所以應 該可以說，任何動彈性模數與目視分等都沒有顯著的差異性存在。而 Wang and Lin（1997）對於柳杉製材品依 JAS 目視分等與 MOR、MOE 之 關係探討，指出 MOR、MOE 均以特等材為最大，其次為一等材、二等材，

三等材為最差。此和本實驗不同，其可能亦是本實驗之杉木只有 20 年 生，幾乎是未熟材，而未能顯示出品等與強度之關係。

目視分等只能看出木材表面上的缺點，木材本身有許多缺點並不 會顯現在表面上，而有許多缺點存在於目視無法判定的地方，同時木材 就算由同一棵樹所得製材品，但是其之間的差異性事實上也是蠻大的，

因此由目視分等再配合以非破壞性強度試驗法對於判定木材之強度將 較能達成目標。

3-3-3 杉木特性之探討

(一) 比重與超音波速的關係

氣乾比重和超音波速的相關係數非常的低，也就是說兩者之間無 相關性，因此木材的超音波速是不會受氣乾比重的影響，由此可知，木 材內部的傳音速度並不會受構成木材細胞種類及細胞壁成分多寡的影 響，而是受到細胞排列方向的左右。

y = 0.3224x + 5.1242 R² = 0.0011

0 1 2 3 4 5 6 7

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

比重 超音波速(x103 m/s)

圖 3-3.4 杉木比重與超音波速的關係

(二) 比重與 EDU的關係

氣乾比重與 E^DU之間有正的線性關係存在，其關係可用次述迴歸直 線式表示：E^DU=290.18r^U-3.0439，R²=0.365，其決定係數雖低，但經 F 值測試，其有顯著性相關（0.05 level）。在此也可能因木材的彈性模 數隨著木材比重的增加會增大，因而導致木材的超音波速與氣乾比重之 間沒有顯著的相關性。

y = 290.18x - 3.0439

(四) 超音波速與橫向振動動彈性模數（E^DT）的關係

由圖 3-3.7 可看出超音波速與橫向振動（E^DT）之間亦有直線迴歸 關係式即 E^DT=39.7V^U-108.29，其 R²為 0.674，而超音波速與橫向振動有 關，且超音波速與動彈性模數也有關係，所以可以推測：動彈性模數與 橫向振動應該會有相當不錯的相關性。

y = 39.7x - 108.29 R² = 0.674

0 40 80 120 160

0 1 2 3 4 5 6 7

超音波速(x10³kgf/cm²) EDT(x103 kgf/cm2 )

圖 3-3.7 杉木超音波速與 EDT的關係

(五) 超音波速與 MOR、MOE 的關係

由圖 3-3.8 可看出超音波速與 MOE 之間有直線關係式存在，可求 得直線迴歸式為：MOE=37.261V^U-104.64，其 R²值為 0.469，經 F 值測驗，

亦有顯著性相關（0.05 level），所以超音波速可說與任何的彈性模數 都有密切的相關性，因此只要超音波速高，則其木材的彈性模數值也會 很好。因此超音波速可作為非破壞性強度之檢測是有信賴性的。但是由 圖 3-3.9 可看出 MOR 與超音波速之間雖亦有線性關係存在，但其 R²值為 0.243，較低，此可能係主要影響抗彎性質的因子，有木樑的形狀大小、

木理傾斜角、含水率、溫度、節、荷重速度等因素，這些複雜因子未能 全部由超音波速反應出來。

y = 37.261x - 104.64

說，彈性模數之間的相關性非常的好，因此具有指標的意義。

y = 0.905x + 2.498 R² = 0.861

0 40 80 120 160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

EDU(x10³kgf/cm²) EDT(x103 kgf/cm2 )

圖 3-3.10 杉木 E^DU與 E^DT的關係

(七) EDU與 MOR、MOE 的關係

由圖 3-3.11 可看出 E^DU與 MOE 之間亦有正的線性關係存在，可求 得直線迴歸式為：MOE=0.7737E^DU-7.486，其決定係數 R²為 0.497，已較 前述 MOE 與 V^U之線性關係的 R²值大，此可能係 E^DU值已將試材氣乾的比 重（r^u）考慮在內所致。而由圖 3-3.12 亦可看出 E^DU與 MOR 之間亦有正 線性關係存在，亦可求得直線迴歸關係式為：MOR=3.351E^DU+63.465，其 R²為 0.321，以較前述之 MOR 與 V^U之直線迴歸式提高甚多，已具有相關 性，其原因當然如前述因 E^DU在計算時，除 V^U值外，亦考慮試材氣乾比 重所致。

y = 0.774x + 7.486

MOE=0.877EDT-3.168，且其 R²值達 0.608，相關性相當的高，而由圖 3-3.14 可看出 MOR 與 EDT 之直線迴歸關係式為：MOR=3.843EDT+40.189，R² 為 0.401，其值雖較低，其均較前述之 MOE 與 EDU、MOR 與 EDU之間的 R²值為 高，由其值觀之，藉由試材之撓曲橫向振動方式評估抗彎強度值之可靠

性似乎較超音波方式為高，但其試驗步驟則較為麻煩，但可透過兩者之 間的高相關性，作為修正之依據。

y = 0.877x + 3.168 R² = 0.608

0 40 80 120 160

0 20 40 60 80 100 120 140 160

EDT(x10³kgf/cm²) MOE(x103 kgf/cm2 )

圖 3-3.13 杉木 E^DT與 MOE 的關係

y = 3.843x + 40.189 R² = 0.401

0 100 200 300 400 500 600 700

0 20 40 60 80 100 120 140 160

E_DT(x10³kgf/cm²) MOR(kgf/cm2 )

圖 3-3.14 杉木 E^DT與 MOR 的關係

3-1-4 小結

間則無相關性存在。

(3) 杉木超音波速與 E^DU、E^DT、MOE 相互間，所得直線迴歸式均具有顯著 的相關性，而與 MOR 之間則無相關性存在。

(4) 杉木 E^DU、E^DT、MOE 相互間，所得直線迴歸式均具有顯著的相關性。

(5) 杉木 E^DU、EDT、與 MOR 相互間，所得直線迴歸式，亦有顯著性存在，

但其相關係數僅有 0.60 左右。

(6) 天 然 林 杉 木 與 人 工 林 杉 木 之 密 度 差 異 不 大，但 是 影 響 其 力 學 性 質 甚 大 之 平 均 年 輪 寬，是 以 天 然 林 杉 木 小 於 人 工 林 杉 木 ， 而 天 然 林 杉 木 抗 彎 性 質 也 遠 優 於 人 工 林 杉 木 。