Lesnoy Vestnik / Forestry BulletinLesnoy Vestnik / Forestry BulletinЛесной вестник / Forestry Bulletin2542-1468Eco-Vector70666710.18698/2542-1468-2024-4-147-156Wood processing and chemical processing of woodДеревообработка и химическая переработка древесиныResearch ArticleWood density determination development and justification methodРазработка и обоснование метода определения плотности древесиныGainullinRenat H.ГайнуллинРенат Харисович
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Woodworking Industries

канд. техн. наук, доцент кафедры деревообрабатывающих производств

gainyllinrh@yandex.ruGainullinRishat H.ГайнуллинРишат Харисович
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Woodworking Industries

анд. техн. наук, доцент кафедры деревообрабатывающих производств

rishat_000@mail.ruTsvetkovaEkaterina M.ЦветковаЕкатерина Михайловна
Russian Federation

Senior Lecturer of the Department of Standardization, Certification and Merchandising

ст. преподаватель кафедры стандартизации, сертификации и товароведения

Ekaterinadudina@mail.ruSafinRuslan R.СафинРуслан Рушанович
Russian Federation

Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Architecture and Design of Wood Products

д-р техн. наук, профессор кафедры архитектуры и дизайна изделий из древесины

cfaby@mail.ruVolga State University of TechnologyФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет»Kazan National Research Technological UniversityФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»150820242841471562304202623042026Copyright ©; 2024, Gainullin R.H., Gainullin R.H., Tsvetkova E.M., Safin R.R.Copyright ©; 2024, Гайнуллин Р.Х., Гайнуллин Р.Х., Цветкова Е.М., Сафин Р.Р.2024Gainullin R.H., Gainullin R.H., Tsvetkova E.M., Safin R.R.Гайнуллин Р.Х., Гайнуллин Р.Х., Цветкова Е.М., Сафин Р.Р.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2542-1468/article/view/706667

The article provides a brief overview of methods for determining the wood density, which according to the classification are divided into direct and indirect. A mathematically justified author's method for determining the wood density, taking into account the laws of physics, is proposed, which is a kind of water displacement method. Experimental studies have been conducted on nine types of wood, which have shown the efficiency and applicability of the method. The data obtained by the stereometric method were compared (the error value was less than 3 %). The conditions for selecting a load in the form of a ball for research are determined in such a way that incomplete immersion of the sample occurs while ensuring vertical position in a liquid medium. It is recommended to use the proposed method to determine the density of wood in the field conditions.

Приведен краткий обзор методов определения плотности древесины, которые согласно классификации подразделяются на прямые и косвенные. Предложен математически обоснованный авторский метод определения плотности древесины, с учетом законов физики, являющийся разновидностью метода вытеснения воды. Проведены экспериментальные исследования на девяти породах древесины, показавшие работоспособность и применимость метода. Выполнено сравнение данных, полученных стереометрическим методом (значение погрешности составило менее 3 %). Определены условия подбора груза в виде шарика для исследований таким образом, чтобы происходило неполное погружение образца с одновременным обеспечением вертикального положения в среде жидкости. Рекомендуется использование предложенного метода для определения плотности древесины в «полевых» условиях.

wood densitymethods for determining wood densityexpress method for determining wood densityплотность древесиныметоды определения плотности древесиныэкспресс-метод определения плотности древесиныPoluboiarinov О.I. Plotnost’ drevesiny [Wood density]. Moscow: Lesnaya promyshlennost’ [Forest industry], 1976, 160 p.Полубояринов О.И. Плотность древесины. М.: Лесная пром-сть, 1976. 160 с.Fedorkov A.L. Otsenka kachestvennykh priznakov drevesiny v selektsionnykh programmakh (kratkiy obzor sovremennoy literatury) [Wood quality estimation in tree breeding programmes (short literature review)]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2023, vol. 27, no. 4, pp. 30–35. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-4-30-35Федорков А.Л. Оценка качественных признаков древесины в селекционных программах (краткий обзор современной литературы) // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2023. Т. 27. № 4. С. 30–35. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-4-30-35Chauhan S.S., Aggarwal P. Segregation of Eucalyptus tereticornis Sm. clones for properties relevant to solid wood products. Annals of Forest Science, 2011, v. 68, pp. 511–521. https://doi.org/10.1007/s13595-011-0053-7Chauhan S.S., Aggarwal P. Segregation of Eucalyptus tereticornis Sm. clones for properties relevant to solid wood products // Annals of Forest Science, 2011, v. 68, pp. 511–521. https://doi.org/10.1007/s13595-011-0053-7Simonenko, A.A., Kovarskaia E.Z. Opredelenie plotnosti drevesiny s primeneniem nizkochastotnogo ul’trazvukovogo metoda [Determination of wood density using a low-frequency ultrasonic method]. Nauka i biznes: puti razvitiya [Science and business: ways of development], 2013, no. 11(29), pp. 44–50.Симоненко A.A., Коварская Е.З. Определение плотности древесины с применением низкочастотного ультразвукового метода // Наука и бизнес: пути развития, 2013. № 11(29). С. 44–50.Beall F. Overview of the use of ultrasonic technologies in research on wood properties. Wood Science and Technology, 2002, v. 36, pp. 197–212. https://doi.org/10.1007/s00226-002-0138-4Beall F. Overview of the use of ultrasonic technologies in research on wood properties // Wood Science and Technology, 2002, v. 36, pp. 197–212. https://doi.org/10.1007/s00226-002-0138-4Fundova I. Quantitative Genetics of Wood Quality Traits in Scots Pine. PhD Thesis. Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 2020, no. 9, p. 59.Fundova I. Quantitative Genetics of Wood Quality Traits in Scots Pine. PhD Thesis // Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 2020, no. 9, p. 59.Afonin D.N. Metody opredeleniya plotnosti lesomaterialov pri tamozhennom kontrole [Methods for determining the density of timber under customs control]. Byulleten’ innovacionnyh tekhnologiy [Bulletin of Innovative Technologies], 2022, v. 6, no. 4(24), pp. 49–52.Афонин Д.Н. Методы определения плотности лесоматериалов при таможенном контроле // Бюллетень инновационных технологий, 2022. Т. 6. № 4(24). С. 49–52.Kolesnikova A.A., Fedorova A.A., Mazurkin P.M. Ul’trazvukovye ispytaniya drevesiny lyzhnyh zagotovok [Ultrasonic testing of ski billet wood]. Sovremennye naukoemkie tekhnologii [Modern high-tech technologies], 2011, no. 6, pp. 46–52.Колесникова А.А., Федорова А.А., Мазуркин П.М. Ультразвуковые испытания древесины лыжных заготовок // Современные наукоемкие технологии, 2011. № 6. С. 46–52.Bucur V. A Review on Acoustics of Wood as a Tool for Quality Assessment. Forests, 2023, no. 14, p. 1545. https://doi.org/10.3390/f14081545Bucur V. A Review on Acoustics of Wood as a Tool for Quality Assessment // Forests, 2023, no. 14, p. 1545. https://doi.org/10.3390/f14081545Fedosenko I.G., Chesnovskiy E.V., Mazanik N.V. Razrabotka nerazrushayushchego metoda ocenki sostoyaniya drevesiny konstrukciy istoricheskih pamyatnikov [Development of a non-destructive method for assessing the condition of wood structures of historical monuments]. Trudy BGTU [The works of BSTU], 2017, no. 2, pp. 273–278.Федосенко И.Г., Чесновский Е.В., Мазаник Н.В. Разработка неразрушающего метода оценки состояния древесины конструкций исторических памятников // Труды БГТУ, 2017. № 2. С. 273–278.Decoux V. Relationships between the intra-ring wood density assessed by X-ray densitometry and optical anatomical measurements in conifers. Consequences for the cell wall apparent density determination. Annals of forest science, 2004, no. 61, pp. 251–262. https://doi.org/10.1051/forest:2004018Decoux V. Relationships between the intra-ring wood density assessed by X-ray densitometry and optical anatomical measurements in conifers. Consequences for the cell wall apparent density determination // Annals of forest science, 2004, no. 61, pp. 251–262. https://doi.org/10.1051/forest:2004018Macedo A., Vaz C.M.P., Pereira J.C.D., Naime J.M., Cruvinel P.E., Crestana S. Wood density determination by Xand GammaRay tomography. Holzforschung, 2002, no. 56(5), pp. 535–540. https://doi.org/10.1515/HF.2002.082Macedo A., Vaz C.M.P., Pereira J.C.D., Naime J.M., Cruvinel P.E., Crestana S. Wood density determination by Xand Gamma-Ray tomography // Holzforschung, 2002, no. 56(5), pp. 535–540. https://doi.org/10.1515/HF.2002.082Freyburger C., Longuetaud F., Mothe F. Measuring wood density by means of X-ray computer tomography. Annals of forest science, 2009, v. 66, p. 804. https://doi.org/10.1051/forest/2009071Freyburger C., Longuetaud F., Mothe F. Measuring wood density by means of X-ray computer tomography // Annals of forest science, 2009, v. 66, p. 804. https://doi.org/10.1051/forest/2009071Cherelli S. Nonconventional approach to evaluate the quality of heartwood and sapwood. Proceedings: 20th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium. General Technical Report FPL-GTR-249. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2017, pp. 517–529.Cherelli S. Nonconventional approach to evaluate the quality of heartwood and sapwood // Proceedings: 20th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium. General Technical Report FPL-GTR-249. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2017, pp. 517–529.Bouffier C., Charlot A., Raffin L. Can wood density be efficiently selected at early stage in maritime pine (Pinus pinaster Ait.)? Annals of Forest Science, 2008, v. 65, pp. 106–108.Bouffier C., Charlot A., Raffin L. Can wood density be efficiently selected at early stage in maritime pine (Pinus pinaster Ait.)? // Annals of Forest Science, 2008, v. 65, pp. 106–108.Silkin P.P., Kirdyanov A.V., Krusic P.J., Ekimov M.V., Barinov V.V., Büntgen U. A new approach to measuring tree-ring density parameters. J. Sib. Fed. Univ. Biol., 2022, 15(4), pp. 441–455. https://doi.org/10.17516/1997-1389-0397Silkin P.P., Kirdyanov A.V., Krusic P.J., Ekimov M.V., Barinov V.V., Büntgen U. A new approach to measuring tree-ring density parameters // J. Sib. Fed. Univ. Biol., 2022, 15(4), pp. 441–455. https://doi.org/10.17516/1997-1389-0397Terskov I.A., Vaganov E.A., Spirov V.V. Novye metody izucheniya raspredeleniya poristosti i plotnosti drevesiny vnutri godichnyh sloev [New methods for studying the distribution of porosity and density of wood inside annual layers]. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Akademii nauk SSSR, seriya biologicheskih nauk [Proceedings of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences, series of biological Sciences], 1972, v. 3 (15), pp. 115–120.Терсков И.А.,Ваганов Е.А.,Спиров В.В. Новые методы изучения распределения пористости и плотности древесины внутри годичных слоев // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР, серия биологических наук, 1972. Вып. 3 (15). С. 115–120.Brashaw B.K., Vatalaro R.J., Wacker J.P., Ross R.J. Condition Assessment of Timber Bridges: 1 Evaluation of a MicroDrilling Resistance Tool Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-159. US Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. Madison, WI, 2005, 78 p.Brashaw B.K., Vatalaro R.J., Wacker J.P., Ross R.J. Condition Assessment of Timber Bridges: 1 Evaluation of a Micro-Drilling Resistance Tool Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-159. US Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. Madison, WI, 2005, 78 p.Ceraldi C., Mormone V., Russo Ermolli E. Resistographic inspection of ancient timber structures for the evaluation of mechanical characteristics. Mat. Struct., 2001, v. 34, pp. 59–64. https://doi.org/10.1007/BF02482201Ceraldi C., Mormone V., Russo Ermolli E. Resistographic inspection of ancient timber structures for the evaluation of mechanical characteristics // Mat. Struct., 2001, v. 34, pp. 59–64. https://doi.org/10.1007/BF02482201Sharapov E.S. Sovershenstvovanie metodov i sredstv kvazinerazrushayushchego kontrolya fiziko-mekhanicheskih svoystv drevesiny i drevesnyh materialov [Improvement of methods and means of quasi-destructive control of physical and mechanical properties of wood and wood materials]. Dis. Dr. Sci. (Tech.), 05.21.05. Arhangel’sk, 2020, 280 p.Шарапов Е.С. Совершенствование методов и средств квазинеразрушающего контроля физико-механических свойств древесины и древесных материалов: дис д-ра техн. наук: 05.21.05. Архангельск, 2020. 280 с.Schimleck L., Dahlen J., Apiolaza L., Downes G., Emms G., Evans R., Moore J., Pâques L., Bulcke J., Wang X. Nondestructive evaluation techniques and what they tell us about wood property variation. Forests, 2019, v. 10, pp. 1–50. https://doi.org/10.3390/f10090728Schimleck L., Dahlen J., Apiolaza L., Downes G., Emms G., Evans R., Moore J., Pâques L., Bulcke J., Wang X. Non-destructive evaluation techniques and what they tell us about wood property variation // Forests, 2019, v. 10, pp. 1–50. https://doi.org/10.3390/f10090728Fundova I., Funda T., Wu H.X. Non-destructive wood density assessment of Scots pine (Pinus sylvestris L.) using Resistograph and Pilodyn. PLoS ONE, 2018, v. 13, no. 9, pp. 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204518Fundova I., Funda T., Wu H.X. Non-destructive wood density assessment of Scots pine (Pinus sylvestris L.) using Resistograph and Pilodyn // PLoS ONE, 2018, v. 13, no. 9, pp. 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204518Sharapov E.S., Chernov V.Yu. Obosnovanie konstruktsii ustroystva dlya issledovaniya svoystv drevesiny sverleniem [Justification of the design of a device for studying the properties of wood by drilling]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotekhnicheskoy akademii [News of the St. Petersburg Forestry Academy], 2011, no. 195, pp. 134–141.Шарапов Е.С., Чернов В.Ю. Обоснование конструкции устройства для исследования свойств древесины сверлением // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 2011. № 195. С. 134–141.GOST 16483.1–84 (ST SEV 388-76) Drevesina. Metod opredeleniya plotnosti [Wood. Density determination method]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200008349 (accessed 22.11.2023).ГОСТ 16483.1-84 (СТ СЭВ 388-76) Древесина. Метод определения плотности. URL: https://docs.cntd.ru/ document/1200008349 (дата обращения 22.11.2023).ISO 13061-2:2014 Physical and mechanical properties of wood. Test methods for small clear wood specimens. Part 2: Determination of density for physical and mechanical tests. Available at: https://www.iso.org/standard/60064.html (accessed 22.11.2023).ISO 13061-2:2014 Physical and mechanical properties of wood. Test methods for small clear wood specimens. Part 2: Determination of density for physical and mechanical tests. URL: https://www.iso.org/standard/ 60064.html (дата обращения 22.11.2023).Gainullin Ren. Kh., Tsvetkova E.M., Gainullin Rish. Kh. Ustrojstvo dlya izmereniya ob’emov obrazcov drevesiny [A device for measuring the volume of wood samples]. Patent № 2741900 Russian Federation, MPK G01F 17/00, Volga State University of Technology, 2021.Гайнуллин Рен. Х., Цветкова Е.М., Гайнуллин Риш. Х. Устройство для измерения объемов образцов древесины. Пат. № 2741900 РФ, МПК G01F 17/00, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет», № 2020125362; заявл. 30.07.2020; опубл. 29.01.2021, бюл. № 4.Gainullin Ren.Kh., Safin R.R., Gainullin Rish.Kh., Ismailov L.U., Tsvetkova E.M. Ustroystvo dlya izmereniya ob’emov tel [A device for measuring the volume of bodies]. Patent № 2779771 Russian Federation, MPK G01F 17/00, Volga State University of Technology, 2022.Гайнуллин Рен.Х, Сафин Р.Р., Гайнуллин Риш.Х., Исмаилов Л.Ю., Цветкова Е.М. Устройство для измерения объемов тел. Пат. № 2779771 Российская Федерация, МПК G01F 17/00, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет», № 2022110569; заявл. 19.04.2022; опубл. 13.09.2022, бюл. № 26.Ugolev B.N. Drevesinovedenie [Wood science]. Мoscow: Lesnaya promyshlennost’ [Forest industry], 1975, 321 p.Уголев Б.Н. Древесиноведение. М.: Лесная пром-сть, 1975. 321 с.Vieilledent G., Fischer F.J., Chave J., Guibal D., Langbour P., Gérard J. New formula and conversion factor to compute basic wood density of tree species using a global wood technology database. American J. of Botany, 2018, v. 105(10), pp. 1653–1661. https://doi.org/10.1002/ajb2.1175Vieilledent G., Fischer F.J., Chave J., Guibal D., Langbour P., Gérard J. New formula and conversion factor to compute basic wood density of tree species using a global wood technology database // American J. of Botany, 2018, v. 105(10), pp. 1653–1661. https://doi.org/10.1002/ajb2.1175Williamson G.B., Wiemann M.C. Measuring Wood Specific Gravity Correctly. American J. of Botany, 2010, v. 97, pp. 519–524. http://dx.doi.org/10.3732/ajb.0900243Williamson G.B., Wiemann M.C. Measuring Wood Specific Gravity Correctly // American J. of Botany, 2010, v. 97, pp. 519–524. http://dx.doi.org/10.3732/ajb.0900243Gauzner S.I., Kivilis S.S., Osokina A.P., Pavlovskii А.N. Izmerenie massy, ob’yoma i plotnosti [Measurement of mass, volume and density]. Мoscow: Izd-vo Standartov [Publishing House of Standards], 1972, 623 p.Гаузнер С.И., Кивилис С.С., Осокина А.П., Павловский А.Н. Измерение массы, объема и плотности. М.: Издательство стандартов, 1972. 623 с.Marianne L. Harder Pycnometer method for obtaining wood and bark chip densities., Appleton, Wisconsin: The institute of paper chemistry, 1975, v. 21, pp. 1–4.Gainullin Ren.Kh., Gainullin Rish.Kh., Tsvetkova E.M., Mironov P.I., Romanov A.V. Sposob opredeleniya plotnosti drevesiny [Method for determining the density of wood]. Patent № 2805371 Russian Federation, MPK G01N 9/10, Volga State University of Technology, 2023.Гайнуллин Рен.Х, Гайнуллин Риш.Х., Цветкова Е.М., Миронов П.И., Романов А.В. Способ определения плотности древесины. Пат. № 2805371 РФ, МПК G01N 9/10 /, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет», № 2023116488; заявл. 22.06.2023; опубл. 16.10.2023, бюл. № 29.