Механические свойства древесины
Применение древесины в качестве конструкционного материала обусловлено способностью сопротивляться действию усилий, т.е. механическими свойствами.
Различают следующие свойства древесины, проявляющиеся под воздействием механических нагрузок: прочность— способность сопротивляться разрушению,деформативность— способность сопротивляться изменению размеров и формы,технологическиеиэксплуатационные свойства.
Показатели механических свойств древесины определяют обычно при следующих видах испытаний: растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку древесина — анизотропный материал, т.е. материал с различными свойствами в разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).
Предел прочности определяют на малых, чистых и не имеющих пороках образцах в лабораториях на испытательных машинах. Эти образцы имеют базисное сечение с размерами 20 * 20 мм и должны включать не менее 4-5 годичных слоёв. Некоторые виды испытаний производят на образцах, сечение которых отличается от указанного.
Прочность при сжатииопределяется на образцах призматической формы. Схема испытания на прочность при сжатии вдоль волокон и размер образца показаны на рисунке:
Образец постепенно нагружают до разрушения. Затем по силоизмерителю испытательной машины отсчитывают максимальную нагрузку Р мах, Н. Предел прочностиб, МПа, вычисляют по формуле:бw= Pmax/ (a * b), где (a * b) — площадь сечения образца, мм2.
В среднем для всех отечественных пород при влажности древесины 12% предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа.
Прочность при сжатии поперёк волокон определяется по схеме на рисунке. Здесь указана равнодействующая сил, которые либо равномерно распределены по всей поверхности образца, либо по всей ширине, но на части длины его (местное сжатие). И в том, и в другом случаях определяют условный предел прочности. В качестве этого показателя используют предел пропорциональности, т.е. величину напряжений, до которых наблюдают линейную зависимость между напряжениями и деформациями. В среднем для всех пород он составляет 1/10 предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Испытания на прочность при растяжении проводятся на образцах другого вида:
Такая форма образцов обусловлена стремлением обеспечить разрушение в тонкой рабочей части, а не в месте закрепления, под воздействием именно растягивающих напряжений.
В среднем для всех пород предел прочности при растяжении вдоль волокон равен 130 МПа, а предел прочности при растяжении поперёк волокон в 20 раз ниже. Поэтому при конструировании изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок, направленных поперёк волокон.
Для испытания древесины на статический изгиб применяют образцы в форме бруска размерами 20 * 20 * 300 мм:
Предел прочности при статическом изгибе, МПа, вычисляют по формуле: б
w= (3/2) * ((Pmax*l) / (b * h2)), где Pmax— максимальная нагрузка, Н; l — пролет, т.е. расстояние между центрами опор, равный 240 мм; b и h — ширина (в радиальном) и высота (в тангенциальном) направлениях, мм.В среднем предел прочности при статическом изгибе составляет 100 МПа.
При испытаниях к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости, происходит сдвиг. Различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперёк волокон и перерезание древесины поперёк волокон. Схемы действия сил при этих испытаниях показаны на рисунке:
Для испытания на скалывание вдоль волокон применяют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке:
Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют по формуле: Tw
Величина предела прочности — касательных максимальных напряжений при скалывании вдоль волокон в среднем для всех пород составляет примерно 1/5 от предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперёк волокон в 2 раза меньше, а предел прочности при перерезании поперёк волокон в 4 раза больше, чем предел прочности при скалывании вдоль волокон.
Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности — модуль упругости.
Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.
С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.
Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.
Эксплуатационные и технологические свойства. Прочность древесины при длительных постоянных нагрузках важно знать в связи с применением её в строительных конструкциях. Показателем этого свойства являетсяпредел длительного сопротивлениябд.с., который в среднем для всех видов нагрузки составляет примерно 0,5 — 0,6 величины предела прочности при кратковременных статических испытаниях.
Показателем прочности при переменных нагрузках является предел выносливости, средняя величина которого составляет примерно 0,2 от статического предела прочности.
При проектировании деревянных конструкций в расчётах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в несколько раз меньшие показатели — расчётные сопротивления. Они учитывают большие размеры элементов конструкций, наличие пороков древесины, длительность действия нагрузки, влажность, температуру и другие факторы.
Удельная вязкостьхарактеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород.
Твёрдостьхарактеризует способность древесины сопротивляться вдавливанию более твёрдого тела. Испытания на статическую твёрдость проводят по схеме, показанной на рисунке:
Для испытания на твёрдость используют приспособление, которое имеет пуансон с полусферическим наконечником. Его вдавливают на глубину радиуса. После испытания в древесине остаётся отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 мм2. Показателем статической твёрдости образца, Н/мм2, является усилие, отнесенное к этой площади. Статическая твёрдость торцевой поверхности выше, чем боковых поверхностей.
Все отечественные породы по твёрдости торцевой поверхности при влажности 12% делят на 3 группы: мягкие (твёрдость 40 Н/мм2и менее), твёрдые (41-80) и очень твёрдые (более 80 Н/мм2).
Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величена которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.
Износостойкость— способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.
Уникальным свойством древесины является способность удерживать крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.
Технологическая операция гнутья древесины основана на её способности сравнительно легко деформироваться при действии избегающих усилий. Способность гнутьсявыше у кольцесосудистых пород — дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых — бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.
Для сравнительной оценки качества древесины используют так называемые удельные характеристики механических свойств, т.е. показатели ее механических свойств, отнесенные к единице плотности.
Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород выше, чем у лиственных. Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость. По остальным свойствам удельные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.
Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения и в других случаях.
studfiles.net
Удельные характеристики механических свойств древесины. Древесина — материал естественного биологического происхождения древесина
Мы уже не раз говорили о том, что древесина — материал естественного биологического происхождения (в отличие от металлов или искусственных синтетических полимеров), поэтому методы классического материаловедения (металловедения) применимы к нему с достаточно большой мерой приближения. О причинах этого мы тоже писали неоднократно. Поэтому и существует особая наука — древесиноведение, имеющая свои традиции и свои методы. Но в основном она основана на традиционных подходах к исследованию свойств материалов.
Физико механические свойства древесины
К физико-механическим свойствам древесины относятся прочность, твердость, пластичность, упругость, теплопроводность, устойчивость к влажности, усушке, разбуханию и др.
Прочность древесины — главный ее показатель. Под этим термином понимается способность древесины противостоять воздействию внешних факторов, избегая расщепления.
Твердость древесины — ее сопротивляемость при обработке раз личными столярными или плотничными инструментами.
Пластичность — это технологическая характеристика древесины. Она подразумевает свойство древесины менять свою форму.
Упругость — свойство древесины занимать «исходный» вид после окончания приложения к ней нагрузок.
Плотность древесины — еще один ее показатель. В зависимости от нее (плотности) древесину подразделяют на древесину высокой плотности (свыше 750 кг (м)), средней плотности (свыше 550 кг (м)) и малой плотности (ниже 550 кг (м)). К числу плотных пород древесины относят березу дуб и бук. Малоплотные — пихта и сосна.
Влажность — количество содержащейся в древесине влаги. Наибольшей влажностью обладает свежесрубленная древесина хвойных пород деревьев (до 90 %), меньше — лиственных.
Теплопроводность — немаловажный фактор древесины, используемый в строительстве жилых домов и подсобных помещений. Причем, более влажная древесина одного и того же дерева обладает различной теплопроводностью, (влажная имеет меньший коэффициент теплопроводности, нежели сухая).
Звукопроводность это свойство древесины проводить звуки в одном и другом направлении. Например, древесина проводит звук больше вдоль волокон, а поперек меньше.
Усушка разница между первоначальным ее объемом и объемом после процесса высыхания. Усушка и влажность напрямую зависят друг от друга, так как являются двумя взаимозаменяемыми свойствами древесины. Это свойство древесины играет немаловажную роль при заготовлении строительного древесного материала (разметке и обработке деревянных деталей и конструкций).
Разбухание — обратная единица усушки. Это способность древесины впитывать влагу из окружающей среды. В результате изменяется не только размер готового деревянного изделия или элемента строительства, но порой и его форма, так как разбухание может приводить к короблению древесины, ее перегибам и изворотам.
Прочность древесины при сжатии
Сжатие вдоль волокон. Предел прочности при сжатии вдоль волокон наименее изменчив по сравнению с показателями других свойств древесины. В конструкциях и изделиях древесина очень часто работает на сжатие вдоль волокон, что объясняется ее высокой прочностью при данном виде воздействия и удобством их приложения.
Можно выделить типичные виды разрушения при сжатии вдоль волокон. У пород с легко деформируемой древесиной, а также у всех пород при высокой влажности древесины наблюдается смятие торцов образца. У пород с повышенной жесткостью при разрушении появляется косая складка, обычно расположенная под углом 60-70″ на тангенциальной поверхности образца. Довольно часто можно обнаружить у разрушенного образца две встречные косые складки, образующие клиновидный участок, под которым видна трещина от продольного раскола. Иногда наблюдается расслоение образца и другие виды разрушения. Все это свидетельствует о существенном влиянии на показатели прочности при сжатии вдоль волокон особенностей строения и анизотропии механических свойств древесины.
Данные о пределах прочности наиболее распространенных в России пород приведены в таблице 1.
Сжатие поперек волокон. Возможны три типичных случая разрушения для этого типа нагружения. Первый характерен для древесины хвойных пород (радиальное направление). Сначала происходит сжатие слабой ранней древесины годичных слоев, затем, после потери устойчивости анатомических элементов, происходит процесс их смятия, не требующий больших дополнительных усилий. Последняя фаза деформирования не связана с разрушением, т. к. здесь начинает оказывать сопротивление более прочная и жесткая поздняя древесина и, несмотря на большие нагрузки, происходит лишь уплотнение древесины. Второй тип характерен для лиственных пород как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях. В данном случае вторая фаза выражена менее явно. Совсем иная картина наблюдается для древесины хвойных пород при сжатии в тангенциальном направлении. При этом усилия воспринимают одновременно ранние и поздние зоны годичных слоев. Это более прочные зоны и это обстоятельство приводит к разрушению образца. Он выпучивается в сторону выпуклости годичных слоев. Примерно такой же характер разрушения наблюдается для сухой древесины дуба в радиальном направлении. Результаты исследований показывают, что предел прочности при сжатии поперек волокон для всех пород примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Не менее интересны данные испытаний на местное смятие поперек волокон (определение контактной прочности древесины). Здесь воздействие происходит не на всю поверхность детали (образца), а лишь на ее часть. Предел прочности на местное смятие из-за дополнительного сопротивления волокон изгибу оказывается несколько (на 20-25%) выше, чем при простом сжатии.
Сжатие поперек волокон происходит в случае изготовления прессованной древесины, местное смятие— в случае местного воздействия на паркет и т. д.
Прочность древесины на растяжение
Растяжение вдоль волокон. Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон сравнительно слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении волокон от направления продольной оси образца. В среднем для всех пород предел прочности на растяжение вдоль волокон составляет около 130 МПа, Несмотря на столь высокую прочность, древесина в конструкциях и изделиях крайне редко работает на растяжение вдоль волокон из-за трудности предотвращения разрушения деталей в местах закрепления (под действием сжимающих и скалывающих нагрузок).
Растяжение поперек волокон. Из данных, приведенных в различных источниках, следует, что прочность древесины при растяжении поперек волокон в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных пород— на 10-50%, у лиственных— на20-70%. Наибольшую прочность имеют твердые рассеяннососудистые лиственные породы, затем идут кольцесосудистые лиственные и далее мягкие рассеяннососудистые лиственные. Хвойные породы по сравнению с лиственными имеют значительно меньшую прочность при растяжении как в радиальном, так и в тангенциальном направлении.
В среднем прочность при растяжении вдоль волокон примерно в 20 раз превышает прочность при растяжении поперек волокон.
Характеристики прочности для рассматриваемого вида усилий необходимы для разработки режимов резания и сушки древесины. Именно они ограничивают предельные значения сушильных напряжений, достижение которых вызывают растрескивание материала. При расчете безопасных режимов сушки древесины учитывают зависимость пределов прочности от влажности и температуры, а также длительность действия нагрузки. Л при конструировании изделий они практически не применяются, т. к. конструкторы стараются избегать нагружеиия. в котором действуют заметные растягивающие нагрузки поперек волокон.
Механические свойства древесины
Древесина вследствие волокнистого строения отличается высокой прочностью при растяжении и сжатии вдоль волокон и значительно меньшей — поперек волокон. У хвойных пород предел прочности при сжатии вдоль волокон в 10-12 раз больше, чем поперек, а у лиственных — в 5-8 раз. Механическая прочность древесины в значительной степени зависит от объемной массы; с увеличением объемной массы древесины повышается прочность.
Прочность зависит от влажности — с повышением влажности она уменьшается. На прочность древесины оказывает влияние лишь изменение количества гигроскопической влаги. При повышении влажности выше точки насыщения волокон прочность древесины практически не уменьшается.
Прочность древесины характеризуется пределом прочности, т.е. напряжением, равным отношению наибольшей нагрузки, предшествовавшей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения. Деформация древесины может быть различной не только в зависимости от величины действующих сил, но и от продолжительности их воздействия. Так, при кратковременном воздействии определенной силы деформация может быть упругой, а при длительном воздействии той же силы — остаточной и тем большей, чем длительнее воздействие.
Во многих деревянных конструкциях древесина работает на сжатие, смятие, скалывание, изгиб и реже на растяжение как вдоль, так и поперек волокон. В связи с этим древесину испытывают, главным образом, на сжатие вдоль и поперек волокон, на скалывание и изгиб.
Прочность древесины при сжатии вдоль волокон. Это одно из важных механических свойств древесины. Сопротивление сжатию вдоль волокон составляет значительную величину и колеблется у различных пород от 40 до 60 МПа при стандартной влажности 12% и от 20 до 40 МПа при влажности выше 30%. Сжатие древесины вдоль волокон имеет важное значение при использовании ее для мебели, свай, стоек, стропильных ферм и т. д.
Предел прочности о 12, Па, вычисляют по формуле Оц * Pab. Здесь Р — максимальное разрушающее усилие, Н; а и b — ширина и толщина образца, м.
Прочность древесины при сжатии поперек волокон. При сжатии древесины поперек волокон в зависимости от породы и направления сжатия (радиального, тангентального) деформация может быть равномерной — однофазной и неравномерной — трехфазной. В последнем случае при испытании вначале наблюдается повышение напряжений и деформации (фаза), затем прирост напряжений почти прекращается и наблюдается только увеличение деформации образца (фаза), далее напряжения начинают возрастать (фаза). Вследствие наличия пофазной деформации испытания на сжатие поперек волокон ведут с регистрацией как усилий, так и величин деформации. За условный предел прочности при сжатии поперек волокон принимают напряжение, соответствующее пределу пропорциональности, т.е. максимальное значение напряжения на прямолинейном участке диаграммы. Условный предел в 6-10 раз меньше чем при сжатии вдоль волокон.
Прочность при растяжении вдоль волокон. При растяжении древесины вдоль волокон показатель прочности имеет наибольшие значения. Деформация древесины при растяжении (удлинение образца) незначительна. Разрушение происходит в виде разрыва тканей. При высокой прочности разрыв длинноволокнистый, а при низкой — раковистый, почти гладкий. Прочность древесины на растяжение вдоль волокон зависит от породы древесины и находится в пределах 70-170 МПа при влажности 12%. Увеличение влажности приводит к некоторому снижению прочности. Предел прочности определяют по формуле а = Pmax/bh. Здесь b и h — ширина и толщина рабочей части образца, см; Ртах — максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца; Н.
Прочность при растяжении поперек волокон. Древесина сравнительно слабо сопротивляется растяжению поперек волокон. Величина предела прочности при растяжении вдоль волоконца если есть трещины, это значение вообще может упасть до нуля. Поэтому на практике древесину не применяют для работы на растяжение поперек волокон. Определение величины прочности древесины на растяжение поперек волокон необходимо для разработки безопасных в отношении растрескивания режимов сушки и для обоснования режимов резания.
Прочность древесины при статическом изгибе. При изгибе древесины возникают напряжения растяжения на выпуклой стороне и напряжения сжатия на вогнутой. Кроме того, возникают касательные напряжения при скалывании вдоль волокон. Сопротивление древесины статическому изгибу имеет большое значение во многих конструкциях, изготовляемых из нее, — мебели, лыжах, балках, стропилах, мостах. Предел прочности древесины при статическом изгибе в зависимости от породы колеблется в пределах 70-150 МПа (при влажности 12%). Увеличение влажности приводит к снижению предела прочности до 40-90 МПа (при влажности 30% и выше). Предел прочности при нагружении образца в центре о12 = ЗР ax/2bh3. Здесь — расстояние между центрами опор, см; b — ширина образца, см; h — высота образца (в направлении действия силы), см .
Прочность древесины при сдвиге. При сдвиге на древесину действуют две равные и противоположные по направлению силы. Многие конструкции узлов мебели, мостов, ферм работают на сдвиг. При сдвиге действуют касательные силы, расположенные в плоскости, параллельной действию внешних сил.
Испытание на сдвиг возможно в трех направлениях: скалывание вдоль волокон, скалывание поперек волокон, перерезание древесины поперек волокон. Каждый вид испытания молено проводить в радиальном и тангентальном направлениях. Всего возможны шесть случаев испытания на сдвиг. Наиболее распространенное испытание — на скалывание вдоль волокон. Предел прочности при скалывании вдоль волокон для хвойных пород древесины почти не зависит от радиального или танген-тального направления и составляет 6,5-10 МПа. У лиственных пород при радиальном скалывании предел прочности в зависимости от породы находится в пределах 6-16 МПа, при танген-тальном на 10-30% выше, чем при радиальном. Прочность древесины при других случаях сдвига мало изучена. Предел прочности при сдвиге определяют по формуле х = Р/Ы. Здесь b — ширина площади скалывания, см; — длина площади скалывания, см.
Ударная вязкость древесины. При статическом изгибе на древесину действует определенная нагрузка, величина которой либо остается постоянной либо возрастает постепенно. Однако в отдельных случаях изгибающая нагрузка может действовать и более резко: при прыжке на лыжах с трамплина, большой нагрузке на мост или стул, ударе судна о причал. Здесь важно знать о поведении и прочности древесины. Нагрузка при ударном изгибе производится на специальной испытательной машине — маятниковом копре.
Определяют ударную вязкость древесины А, Дж/см2, по формуле А12 = Q/nh. Здесь Q — работа, затраченная над илом (по шкале копра), Дж; b — ширина образца, см; h — высота образца, см.
Твердость древесины. С твердостью древесины приходится сталкиваться при изучении ее стойкости на истирание (деревянные полы, паркет, деревянные настилы), при обработке режущим инструментом, скреплении гвоздями (тара строительные блоки). Твердость может быть различной на торцовой, радиальной и тангнентальной поверхностях. Наиболее твердая — торцовая поверхность (22-97 МПа в зависимости от породы при влажности 12%). Твердость радиальной и тангентальной поверхностей почти одинаковы между собой, а по отношению к торцовой ниже на 30-40%. При увеличении влажности твердость уменьшается.
Модули упругости. Способность материала деформироваться, т.е. его жесткость, характеризуется модулем упругости, который представляет собой отношение напряжения в материале к упругой деформации. При растяжении и сжатии модуль упругости Е, МПа, определяют по формуле Е = ст/е (модуль рода). Здесь о — нормальное напряжение, МПа, е — относительная деформация (величина безразмерная).
При действии сдвигающих сил модуль сдвига определяют по формуле G = т/У (модуль рода). Здесь т — касательное напряжение, МПа; У — относительный сдвиг (величина безразмерная), характеризуемый относительным искажением прямого угла. Для определения модуля упругости или сдвига при испытаниях одновременно измеряют напряжения и деформации (с высокой точностью).
Технологические свойства древесины имеют большое значение при изготовлении из нее изделий. К ним относятся обрабатываемость резанием, сопротивление истиранию, способность к загибу, склеиванию и окрашиванию, а также способность удерживать гвозди и другие металлические крепления. Многие из них зависят от объемной массы, влажности и элементов анатомического строения древесины.
Обрабатываемость резанием — пилением, строганием, долблением и сверлением — зависит от твердости древесины и определяется усилием на обработку и степенью чистоты поверхности. Твердая и плотная древесина обрабатывается легче и чище, чем мягкая. Чем выше влажность древесины, тем труднее ее обрабатывать; практически невозможно чисто обработать поверхность влажной древесины. На мягкой древесине (ива, тополь, осина, липа) часто остаются царапины и вмятины. Больше усилий затрачивается на обработку древесины с повышенной объемной массой.
Сопротивление истиранию зависит от направления волокон, объемной массы, твердости и влажности древесины. Сопротивление истиранию с торца значительно больше, чем с боковой поверхности. С повышением объемной массы и твердости сопротивление истиранию возрастает, а при увеличении влажности — уменьшается. Истирание древесины происходит в результате постепенного разрушения поверхности под воздействием мелких твердых частиц и трения, при этом мелкие частицы удаляются неровностями трущихся деталей.
Способность древесины к загибу учитывают при изготовлении гнутой мебели, колец, полуколец и других криволинейных деталей, а также бочек, ободов, дуг, т.е. в тех случаях, когда необходимо придать форму шаблона без разрушения волокон древесины и снижения механической прочности. Способность к загибу, как правило, выше у кольцесосуди-стых пород (дуба, ясеня и др.) и некоторых рассеяннососудистых пород с повышенной пластичностью, например бука. Уплотнение древесины происходит за счет крупных сосудов, без разрушения волокон. Способность древесины к загибу повышается по мере увеличения ее влажности до точки насыщения, а также температуры. При вбивании гвоздей в твердую древесину приходится затрачивать больше усилий. В этом случае в древесине высверливают отверстия диаметром на 0,2-0,3 мм меньше толщины гвоздя.
Способность древесины удерживать гвозди, шурупы и другие крепления имеет большое значение как в строительстве, так и при сборке мебели. Гвоздь, вбитый в древесину, испытывает давление ее отдельных частей, которое и удерживает его за счет трения. Показателем способности древесины удерживать крепления является усилие, необходимое для выдергивания гвоздя (в Н на м2 поверхности соприкосновения гвоздя с древесиной). Это усилие зависит от породы, направления волокон, объемной массы и влажности древесины. Поперек волокон оно на 25% выше, чем вдоль. С увеличением объемной массы удельное усилие возрастает. При высыхании древесины способность удерживать крепление снижается вследствие уменьшения упругости волокон. Удерживающая способность древесины твердых пород в несколько раз выше, чем мягких. Удельное усилие для выдергивания шурупов при прочих равных условиях в 2 раза выше, чем для выдергивания гвоздей.
Коэффициенты качества древесины. При»использовании древесины в различных отраслях промышленности, если решающее значение имеет не только прочность, но и масса деталей и узлов, изготовленных из разных материалов, комплексным показателем свойств материала, в том числе и древесины, является коэффициент качества.
Коэффициент качества — это отношение показателя механических свойств к плотности материала. Если сравнить коэффициенты качества* различных материалов при растяжении, окажется, что древесина по этому показателю стоит выше многих металлов, соперничая с лучшими сортами стали: Сталь легированная 0,95-2,3
Стальное литье 0,45-0,55
Железо 0,32-0,42
Дюралюминий 1,1-1,7
Алюминий 0,3-0,4
Чугун 0,3-0,51
Древесина:
ель, сосна 1,4-2,1
липа 1,7-2,4береза 1,9-2,7
Коэффициенты качества могут быть определены для любого показателя прочности. При сравнении показателей хвойных и лиственных пород древесины можно установить, что лиственные породы по многим механическим свойствам превосходят хвойные. Однако показатели качества при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород выше, чем у лиственных.
Допускаемые напряжения для древесины. Прочностные показатели, полученные при различных видах нагрузки, являются предельными и не могут служить исходными данными при расчете конструкций из древесины по разным причинам. Во-первых, для удовлетворительной работы деревянных конструкций необходим определенный запас прочности. Во-вторых, в реальных условиях прочность древесины может быть ниже, чем при испытаниях, из-за несовпадения направления волокон, наклона волокон, изменения влажности, пороков в древесине (сучков, гнили и др.), влияния колебаний температуры и т. д. Поэтому при расчете конструкции принимают так называемые допускаемые напряжения. Отношение величины предела прочности к величине допускаемого напряжения называется коэффициентом запасам.
Вследствие анизотропности строения древесины и значительной изменчивости ее свойств во времени и под влиянием различных факторов коэффициенты запаса для нее устанавливаются более высокими, чем для металлов. Коэффициенты запаса для сжатия и скалывания составляют от 3 до 5, при растяжении вдоль волокон — до 8-10. Модуль упругости при приближенных расчетах принимают независимо от породы равным 10000 МПа, если изделие эксплуатируют в сухом помещении, 7000 МПа для элементов, долго находящихся в увлажненном состоянии.
Для расчета элементов из сосны и ели, эксплуатируемы в сухом помещении при длительных нагрузках, принимают следующие допускаемые напряжения, МПа: изгиб и сжатие вдоль волокон — 10; растяжение вдоль волокон — 7; перерезание поперек волокон — 4,5; смятие поперек волокон — 3,5; скалывание вдоль волокон — 1-2; скалывание поперек волокон 0,5. Для древесины ясеня, дуба, клена допускаемые напряжения могут быть выше в 2 раза, кроме скалывающих напряжений, которые выше в 1,6 раза.
Факторы, влияющие на механические свойства древесины
В табл. сопоставлены объемная масса и показатели прочности древесины хвойных и лиственных пород.
Средние показатели механических свойств древесины хвойных и лиственных пород (при 15%-ной влажности)
Общая тенденция состоит в том, что чем плотнее древесина, тем большую прочность Она имеет. Плотность и прочность древесины возрастают, если лес растет на возвышенных местах и песчаных почвах.
Повышение влажности до предела гигроскопичности (до 30%) понижает механические свойства древесины. Высушивание же древесины на 1% (в пределах изменения влажности от 20 до 8%) повышает ее сопротивление сжатию и изгибу на 4%, растяжению — на 1%.
Пороки древесины понижают ее прочность.
Пороками называют недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможности использования.
Дефектами называют пороки механического происхождения, возникающие в древесине в процессе заготовки, транспортировки, сортировки, штабелевки и обработки.
Ввиду наличия пороков прочность бруса или доски не может быть оценена по результатам испытания малых чистых образцов. Поэтому в отличие от других материалов сорта лесоматериалов устанавливают не по прочности образцов, а на основании оценки характера, размеров и количества пороков.
Модель упруго-вязко-пластического тела для характеристики механических свойств древесины
Исследование механических свойств древесины должно быть связано с выбором определенной идеализированной модели среды, основанным на глубоком анализе результатов предшествующих исследований. Чем шире и глубже анализ указанных результатов и их связи с данными исследования структуры древесины, тем точнее выбранная модель отражает механические свойства ее реальной среды.
При удачном выборе модели получаем объект, поведение которого под нагрузкой хорошо описывается математическими уравнениями. Учет при составлении модели основных факторов и исключение второстепенных позволяет получить решения, близкие к действительности.
Как свидетельствуют исследования, наиболее удачной моделью, достаточно полно отражающей поведение древесины под нагрузкой, является упруго-вязко-пластическое тело. Мгновенная упругая деформация древесины происходит за счет деформации целлюлозного скелета, скорость ее изменения равна скорости изменения нагрузки. Эластическая деформация, развивающаяся во времени, связана с вязким сопротивлением аморфного наполнителя перемещениям целлюлозного скелета.
Аморфный наполнитель состоит в основном из лигнина и влаги. Остаточные или пластические деформации в древесине представляют собой необратимые деформации, связанные с местным разрушением скелета. Эти местные разрушения, объединяясь, создают зону пластической деформации, в которой в дальнейшем наблюдается общее разрушение.
Пластические деформации так же, как и упруго-вязкие, развиваются во времени. Соотношение между всеми видами деформаций существенно зависит от влажности. Упругая и упруго-вязкая деформации намного превышают остаточную. Исключение составляет сжатие, особенно поперек волокон. Используя модель упруго-вязко-пластического тела, Белянкин и Яценко убедительно объясняют процесс деформации древесины во времени.
В нашей статье указанная модель применяется для объяснения вариантов перераспределения напряжений в образцах различных размеров, возникающих вследствие больших градиентов напряжений в зонах резкого изменения жесткости структурных элементов древесины. При кратковременных испытаниях, которые в основном рассматриваются в настоящей работе, доля упругой деформации в общей деформации изделия довольно велика.
Поэтому в дальнейшем особое внимание обращается на уточнение характера моделей упругой анизотропии древесины применительно к изделиям различных размеров.
Переходим к рассмотрению эксплуатационных свойств древесины и предлагаем статью, в которой рассматриваются ее свойства как конструкционного материала.
Научный подход
Мы уже не раз говорили о том, что древесина — материал естественного биологического происхождения (в отличие от металлов или искусственных синтетических полимеров), поэтому методы классического материаловедения (металловедения) применимы к нему с достаточно большой мерой приближения. О причинах этого мы тоже писали неоднократно. Поэтому и существует особая наука — древесиноведение, имеющая свои традиции и свои методы. Но в основном она основана на традиционных подходах к исследованию свойств материалов. Именно благодаря стремлению привести показатели механических свойств древесины к единому материаловедческому образцу и были разработаны методы их контроля для малых образцов чистой древесины. Тем не менее, данные, полученные, казалось бы, в искусственных условиях, необходимы хотя бы для объективной сравнительной характеристики различных пород. Но и здесь все не так просто. Объективную картину сравнительной оценки качества древесины дают лишь удельные характеристики механических свойств, представляющих собой значения показателей, отнесенные к значению плотности древесины соответствующей породы.
Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость при малой массе. Удельные характеристики древесины показывают, что она вполне конкурентоспособна по сравнению с некоторыми другими материалами. Например, она имеет лучшие показатели, чем алюминиевые сплавы, лишь немного уступает стеклопластикам, а полимеры превосходит во много раз.
Реальные условия
Далее следует отметить, что в реальных условиях сколько-нибудь значительные изделия из древесины обязательно содержат помимо неоднородностей строения и свойств, объясняемых различными условиями произрастания и т. д., еще и пороки древесины. Исследования отечественных и зарубежных ученых установили существенное снижение показателей прочности с увеличением размеров образцов. Поэтому при проектировании деревянных конструкций используются расчетные сопротивления, показатели в несколько раз меньшие, чем пределы прочности, полученные для малых образцов. Эти показатели учитывают размеры элементов конструкций, наличие пороков древесины, изменчивость ее свойств, длительность действия нагрузок и другие факторы. Основным документом, в котором приводятся данные для расчетов деревянных конструкций, являются строительные нормы и правила СНиП П-25-80.
В таблице 2 приведены значения расчетных сопротивлений для древесины сосны и ели. В СНиП указаны
требования к прочности конструкционной древесины каждого сорта.
Базисные показатели, представленные в таблице, умножают на ряд коэффициентов, учитывающих породу, состояние материала и условия его работы в конструкциях.
Если нагрузка приложена к элементу конструкции, находящейся в условиях повышенной влажности, то расчетное сопротивление умножают на снижающие коэффициенты 0,75-0,9, а влияние повышенной температуры учитывают коэффициентами 0,8-1,0. В том случае, когда действуют кратковременные (ветровая, сейсмическая) нагрузки, расчетные сопротивления увеличивают умножением на коэффициенты 1
,2-1,6. Совместное действие постоянных и временных длительных нагрузок учитывают коэффициентом 0,8.
Модули упругости вдоль и поперек волокон древесины всех пород принимают равными соответственно 10 ГПа и
400 МПа. Модуль сдвига в плоскости вдоль волокон — 500 МПа. Коэффициенты поперечной деформации при действии усилий вдоль и поперек волокон — соответственно 0,5 и 0,2.
РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ И ЕЛИ
Удельные характеристики механических свойств древесины
sawwood.ru
Древесина прочность
Древесина тиса отличается рядом особо ценных качеств, объясняющих усиленную его эксплуатацию, вследствие чего это дерево превратилось в «вымирающее». Древесина тиса тверда, упруга и тяжела (уд. вес — 0,888), в ядровой части красная; отличается прочностью. Она совсем свободна от смолы и находит широкое применение в столярном (для накладных, наборных работ) и токарном деле; в последнем особенно ценятся свилеватые части ствола и корней. Из тиса изготовляют ценные сорта резной мебели, рукоятки для всякого рода инструментов, ручки для столовых ножей, вилок и т. д. В воде древесина тиса со временем темнеет и принимает вид черного дерева.[ …]
Древесина арчи отличается особо высокими техническими качествами, одпако неодинаковыми для разных видов арчи. Для всех них характерна высокая прочность древесины. На это указывает длительное сохранение ее в постройках и мебели, объясняемое большой гнилостойкостью. Чаще всего свободная от сучьев древесина арчи хорошо поддается обработке — легко пилится, строгается и полируется.[ …]
Прочность склеивания древесины легко проверить опытным путем. Соблюдая все правила, применяя вполне кондиционный состав столярного клея, склеивают два брусочка. После сушки в течение суток их вертикально ставят на верстак, устанавливают какой-либо резец точно по линии соединения и ударом молотка раскалывают. Если раскол приходится ровно по шву, то качество склейки можно считать плохим. Обычно же линия раскола не совпадает со швом, на обеих поверхностях остаются живые волокна древесины, вырванные силой удара. Так столяры проверяют и качество клея, и свое мастерство.[ …]
Древесина черной сосны по прочности уступает древесине других хозяйственно важных сосен, но имеет и свои положительные особенности. Вследствие малой площади ядра древесина черной сосны хорошо поддается пропитке при употреблении ее на железнодорожные шпалы.[ …]
Древесина деревьев разных пород обладает различными физическими и механическими свойствами. Например, тополь хорошо проводит электричество, а сухую древесину дуба можно назвать даже диэлектриком: не так давно радиолюбители делали из нее панели простейших радиоприемников. Технические свойства даже одного дерева неодинаковы у корней (в комле) и у кроны. Плотность и прочность, например, сосны увеличивается от ядра к заболонной части (под корой) в 2 раза.[ …]
Прочность древесины при скалывании вдоль волокон у лиственных пород примерно в 1,6 раза выше, чем у хвойных. При тангенциальном скалывании прочность древесины лиственных пород на 10-30 % выше, чем при радиальном; это превышение тем больше, чем лучше развиты в древесине сердцевинные лучи. Для древесины хвойных пород прочность при скалывании в обоих случаях примерно одинакова.[ …]
Древесина белой акации отличается большой крепостью и прочностью при соприкосновении с землей.[ …]
Древесина обладает высоким сопротивлением удлинению и разрушению волокон, возникающим под действием растягивающего усилия, направленного вдоль волокон. При равном соотношении объемных весов это сопротивление древесины можно сравнить с сопротивлением, оказываемым лучшей сталью. Максимальное сопротивление разрыву при растяжении у образцов свежесрубленной короткохвойной сосны составило 500—1300 кг/см2, у образцов этой же древесины при влажности 10% — 700—1500 кг/см2 [1]. Эти величины в два-три раза больше соответствующих данных для сжатия вдоль волокон I! примерно в 12 раз превышают данные для скалывания вдоль волокон [21. Низкий показатель прочности при работе на скалывание ограничивает использование древесины в строительных конструкциях, так как трудно разработать конструкцию, в которой работа строительных элементов на скалывание была бы незначительной и одновременно обеспечивалась бы высокая прочность на растяжение. Однако современные методы сопряжения деревянных элементов позволяют строить фермы и стропила, используя деревянные растянутые элементы.[ …]
Прочность древесины в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных пород на 10-50 %, у лиственных — на 20-70 %. Наибольшую прочность имеют твердые рассеяннососудистые лиственные породы, затем идут кольцесосудистые лиственные и далее мягкие рассеяннососудистые лиственные. Хвойные породы по сравнению с лиственными имеют значительно меньшую прочность при растяжении как в радиальном, так и в тангенциальном направлении.[ …]
В древесине, как в любом другом материале, под действием внешних нагрузок возникают силы сопротивления. Эти силы, приходящиеся на единицу площади сечения тела, называются напряжением и выражаются в Н/мм или МПа. Изменение размеров и формы тела под действием нагрузок называется деформацией. Напряжения и деформации могут возникать в теле и без участия внешних нагрузок вследствие неоднородных изменений его объема при сушке, увлажнении, нагревании и т. д. Напряжения, действующие по нормали (перпендикуляру) к сечению тела, называются нормальными и обозначаются буквой ст (сигма). Напряжения, действующие в плоскости сечения, называются касательными и обозначаются буквой т (тау). Наибольшее напряжение, предшествующее разрушению тела, называют пределом прочности.[ …]
В древесине содержание пектиновых веществ невелико (0,5—1,5 %). Однако в молодых тканях растений и в коре их содержание может быть довольно большим (7—16 %). С возрастом оно постепенно уменьшается. Пектиновые вещества древесины входят в состав межклеточного вещества. В период роста они придают растительным тканям необходимую прочность и эластичность. Пектиновые вещества сильно набухают в воде. Поглощенная вода труднее испаряется и замерзает. Поэтому растения с большим содержанием пектиновых веществ устойчивее к засухе и замерзанию.[ …]
На прочность склеивания древесины влияет много факторов, в том числе температура и влажность воздуха в рабочем помещении.[ …]
Его древесина светлопалевого цвета, отличающаяся большой прочностью и крепостью, была оценена еще первыми поселенцами Австралии. Употребляется для постройки зданий, изготовления тяжелых экипажей, вагонов, сооружения мостов.[ …]
Нагрев древесины в период ее обугливания током паров и газов способствует равномерному повышению температуры во всей массе загруженных в печь дров, благодаря чему выделение парогазов при процессе разложения происходит постепенно, без внутренних чрезмерных напряжений между волокнами, и поэтому уголь получается высокой механической прочности.[ …]
Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении волокон от направления продольной оси образца.[ …]
Ядровая древесина по общим признакам отличается от заболони не только цветом, содержанием влаги, весом и меньшей проницаемостью для жидкостей, но иногда и относительно большей механической прочностью. При одинаковом содержании влаги ядровая древесина обычно несколько тяжелее, так как содержит больше пропитывающих веществ, но бывают исключения, особенно у хвойных пород; их заболонь обычно значительно влажнее, чем ядровая древесина (часто до 200% к весу в абсолютно сухом состоянии), и довольно часто тяжелее. В большинстве случаев при одинаковой влажности разница в прочности между заболонью и ядровой древесиной невелика. При некоторых видах испытаний ядровая древесина оказывается прочнее и обладает меньшей влагопроницаемостью. Это в какой-то мере зависит от пропитавших; ее продуктов, а также частично объясняется большим содержанием в ней посторонних веществ. Некоторые из органических веществ, отложившихся в ядровой древесине, более или менее токсичны для грибов и вредны для насекомых, благодаря чему уменьшается вероятность ее повреждения. Вообще, чем гуще цвет ядровой древесины, тем больше ее стойкость к воздействию вредителей древесины. Движение влаги и воздуха в ядровой древесине некоторых пород сильно тормозится тиллами — выростами живых клеток, закупоривающими сосуды и трахеиды. В результате рост грибов прекращается. Влагопроницаемость ядровой древесины у различных пород деревьев неодинакова. Если ядровая древесина совершенно непроницаема, то она может быть использована для изготовления бондарных изделий, баков, чанов и т. п. Заболонь обычно лучше поддается сушке и легче принимает предохранительные пропитки.[ …]
Красная древесина его не отличается большой прочностью при соприкосновении с почвой и при отсутствии вентиляции. Поэтому она непригодна для балок под полы, но считается вполне удовлетворительной для других нужд строительства и применяется в нем в больших количествах.[ …]
В наши дни древесину агатиса южного применяют главным образом в тех случаях, когда трудно найти ей замену. Например, в производстве мебели ценится не только обычная древесина этого растения за ее приятную на ощупь текстуру, за прочность, долговечность и очень красивый цвет (от желто-белого до золотистокоричневого), но даже в большей степени пятнистые и волнистые разновидности, обязанные этими качествами неравномерному накоплению смолы и неправильностям роста (довольно обычным в горных условиях).[ …]
Прочность древесины приблизительно пропорциональна ее плотности, что подтверждают проведенные испытания на определение модуля упругости древесины и наблюдения при испытании на сжатие вдоль волокон. Испытание других свойств древесины, не учитывающих разновидность пород, приводит при расчете по специальным показательным уравнениям к средним цифрам, которые могут значительно расходиться с цифрами, полученными при конкретном испытании. Фактически разница между расчетом и цифрами может доходить до 20%. Тем не менее расчетные уравнения дают возможность получить приближенные данные прочности древесины, объемный вес которой известен.[ …]
Недосушенная древесина быстро коробится, уменьшаются сопротивление гвоздей выдергиванию и прочность соединений, нарушаются сопряжения дна с остовом; продукты и изделия, упакованные в нее, быстрее портятся и разрушаются.[ …]
При определении прочности древесины па статический изгиб предполагают, что древесина является однородным упругим телом, модуль упругости которого примерно одинаков для всех основных видов напряжения; возникающие в древесине напряжения в определенных пределах пропорциональны деформациям и что нейтральный слой в балке прямоугольного поперечного сечения расположен посредине между зонами сжатия и растяжения. Ни одно из этих допущений не является абсолютно правильным, но они значительно упрощают испытания и дают достаточно точные результаты для практических целей проектирования. Например, па основании многократных испытаний балок из дугласовой пихты Стерн определил, что несмотря на сравнительно большие колебания в углах наклона годовых колец по отношению к направлению приложенной силы модуль упругости менялся не более чем на 3,3%. При изгибе в древесине возникают нормальные напряжения и касательные напряжения. Первые достигают максимума в крайних частях балки, наиболее удаленных от нейтральной плоскости, а вторые — в нейтральной зоне, которая теоретически должна проходить посредине высоты балки. В древесине же из-за различий в прочности при растяжении и сжатии вдоль волокон нейтральная плоскость смещается в сторону растянутой зоны, что обусловливает неравенство нормальных напряжений. Так как прочность древесины при сжатии вдоль волокон значительно меньше, чем прочность при растяжении, то разрушение при изгибе начинается в зоне сжатия, а окончательно завершается в зоне растяжения.[ …]
Главными функциями древесины являются: 1) транспортирование сока вверх по стволу1, 2) придание стволу достаточной прочности для поддерживания кроны и 3) обеспечение, хотя бы в известной степени, накопления запаса пищи. Эти функции в какой-то мере объясняют образование ядровой древесины.[ …]
Механические свойства древесины проявляются под действием механических нагрузок. Их различают по прочности — способности сопротивляться разрушению; деформативности — способности сопротивляться изменению размеров и формы; технологическим и эксплуатационным механическим свойствам.[ …]
Применение тропической древесины весьма перспективно для производства фанеры, так как здесь заложены возможности использования многообразных древесных пород; древесина с различной текстурой, твердостью и прочностью может быть прочно соединена при склеивании в один материал.[ …]
Главным критерием качества древесины разных пород есть ее физико-механические свойства. Среди механических свойств древесины прочность является наиважнейшим показателем ее качества.[ …]
В состав углеводного комплекса древесины, помимо целлкь лозы, входят гемицеллюлозы, являющиеся составной частью клеточных стенок. Под гемицеллюлозами понимают не какое-то индивидуальное вещество, а группу веществ, легко растворимых в холодном или горячем водном растворе щелочи, но нерастворимых в холодной воде. В клеточной стенке они находятся, как правило, вместе с лигнином, образуя с ним аморфное вещество, которое как бы окутывает целлюлозные нити и придает прочность клеточным стенкам [1]. Содержание гемицеллюлоз в древесине колеблется от 17 до 43%, причем в лиственной древесине их содержится в 1,5 раза больше, чем в хвойной. Степень полимеризации гемицеллюлоз в среднем составляет 100—200.[ …]
Материалом для заготовок может быть древесина любых пород дерева, но без крупных и сквозных сучков. Прочность соединений предполагает обработку всех основных деталей фуганком, аккуратную запиловку шипов и выборку гнезд для них. Клинышки лучше изготовить из древесины твердых пород, они должны быть достаточно широкими, не менее 20 мм, и заостренные стамеской под углом не более 5—7°.[ …]
В Европе, начиная с древнейших времен, древесину этой лиственницы широко использовали для строительных целей. Так, инженеры Древнего Рима выбирали лиственницу для постройки амфитеатров, поскольку им было известно, что лиственница отличается высокой прочностью и хорошо противостоит гниению. Любопытно, что в средние века «владычица морей» Венеция строила свои дома на лиственничных сваях. И хотя общеизвестно то тяжелое положение, в котором сейчас находятся многие здания и сооружения этого замечательного города, можно все же признать, что лиственничные столбы, простоявшие под нагрузкой добрых полтысячи лет, выполнили свою задачу. Широко использовали лиственницу в Польше, где многие здания, построенные тоже примерно 400—500 лет назад, сохранились до наших дней.[ …]
В результате прививки винилового мономера к древесине, так же как и при прививке к хлоику, происходит понижение влагопо-глощения и улучшение устойчивости к действию микроорганизмов. Кроме того, улучшаются многие из важнейших физических свойств древесины, определяющих возможность ее практического использования. К таким свойствам относится формоустойчивость, твердость, разрывная прочность, прочность на сжатие, модуль упругости, прочность на раздир, прочность на изгиб и устойчивость к истиранию. Из приведенных в табл. 1У.21 и IV.22 данных видно, что при пропитке древесины мономерами различных типов происходит существенное улучшение ее физико-механических свойств [80, 81]. Наиболее значительно изменяется твердость древесины; повышение твердости на 1000% происходит в результате прививки около 50% смеси полиэфир—стирол.[ …]
Цель работы — изучение метода определения предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон.[ …]
Хотя условия и место произрастании могут влиять на прочность древесины, степень различия может оказаться не больше, чем для древесины, взятой из разных частей одного и того же дерева. Фепль [7] нашел, что свежесрубленпая древесина из ветвей тяжелее древесины из ствола, что древесина из ствола тяжелее корневой древесины, и что сопротивление сжатию вдоль и поперек волокон подчинено той же зависимости. При испытаниях на сжатие вдоль волокон высушенная древесина из ствола обладает большей прочностью, чем сравниваемая древесина из ветвей. Это вызвано увеличением плотности древесины ствола за счет усушки. Корневая древесина является самой легкой, слабой и гибкой, однако это не влияет на выполнение ею своей главной функции. Древесина в верхушечной части обычно слабее древесины в комле [8].[ …]
В настоящее время разработан процесс получения амино-древесины и спроектировано оборудование для промышленного производства лингамона. Низкая себестоимость процесса, дешевое сырье, высокая прочность и биохимическая стойкость этого материала подтверждают широкое внедрение его в технологическую практику современного производства. Такой материал можно фрезеровать, пилить и строгать. Он выдерживает резкие разности температур и совершенно не подвержен гниению. Лингамон пригоден не только для паркета и мебели, но и для музыкальных инструментов, шаблонов копировальных станков, спортивного оборудования, втулок, вкладышей, зубчатых колес и др. Срок службы, например, лингамоновых подшипников качения для текстильных машин в 10—12 раз выше, чем подшипников из самой твердой древесины тропических пород. Для уточнения диапазона технологических возможностей нового материала была изготовлена партия тиглей. Расплав цветного металла (температура примерно 950—1000° С), разлитый в них, не нанес им существенного ущерба.[ …]
Средние статистические показатели для некоторых пород древесины в свежесрубленном состоянии, а также при влажности древесины, равной 12%, были установлены Лабораторией лесных продуктов. Так как прочность меняется в зависимости от плотности, объемный вес древесины дается для каждой серии испытаний отдельно.[ …]
Однако нельзя брать температуру нагревающих газов слишком высокой, так как высокая температура ведет к неравномерно!! сушке одного и того же образца древесины, наружные слои которого могут высохнуть до абсолютно сухого состояния, а внутренние в это время могут содержать еще влагу. Вследствие образования сухого наружного слоя выделение влаги изнутри куска древесины затруднится, что поведет к образованию, в особенности в еловой древесине, множества трещин, снижающих прочность получающегося угля.[ …]
Приведены основные сведения о современных конструкциях ящичной тары из древесины и древесных материалов по данным отечественного и зарубежного опыта. Описаны прогрессивные технологические схемы и оборудование для производства деревянной тары. Изложена методика расчета и рационального конструирования ящиков на основе изучения реальных условий эксплуатации транспортной тары с учетом результатов научных исследований прочности элементов, материалов и соединений деревянной тары. Специально выделены вопросы производства и проектирования тары с применением листовых древесных материалов. Освещены вопросы оптимизации конструкций ящичной тары по их материалоемкости и технологичности с целью повышения экономической эффективности тарного производства.[ …]
В течение некоторого времени, пока дерево еще молодо, накапливающаяся из года в год в стволе древесина выполняет все физиологические функции дерева. Это значит, что какая-то часть ткани (от Здо 40% и более) остается живой, связана через слой камбия с живыми тканями луба и принимает участие в жизнедеятельности организма. Однако по мере того как ствол увеличивается в объеме, живые клетки внутренней древесины, примыкающей к сердцевине, постепенно отмирают по причинам, еще в достаточной степени не выясненным. Этот участок мертвой ткани ствола, которая постепенно увеличивается в размерах, называется ядровой древесиной. Ядровая древесина продолжает выполнять только механические функции, обеспечивая прочность ствола, но уже больше не участвует в транспортировке сока или в накапливании питательных веществ.[ …]
При расчетах следует различать нагрузки: ударные, динамические и статические. При прочих равных условиях древесина как будто прочнее всего под ударной нагрузкой и слабее всего под длительной нагрузкой. Так как доевесина до некоторой степени пластична, особенно в сыром виде, длительное действие нагрузки заставит балку прогибаться, и, если развиваемое напряжение равно 60% или выше от предела прочности материала, балка после одного года службы разрушится [5]. Если нагрузка ниже этого предела, прогиб на протяжении шести месяцев может удвоиться, но прочность и сопротивление древесины удару останутся прежними.[ …]
Это одно из основных веществ, содержащихся в одревесневших тканях растений. Его много в стеблях стареющих растений, в соломе, древесине хвойных и лиственных деревьев, где он накапливается в кбличестве 20—40% веса сухой массы. Во всех этих тканях растений лигнин играет роль инкрустирующего вещества. Он скрепляет между собой волокна целлюлозы и заполняет пространство между клеточными стенками. Прочность одревесневших тканей растений в значительной степени обусловлена находящимся в них лигнином.[ …]
Сравнительно высокая инертность целлюлозы еще раньше предопределила использование древесной муки и опилок в качестве наполнителей в самоотверждающихся смесях. Пропитка древесины — это новый этап использования естественных особенностей материала: не разрушение молекулярной структуры дерева, а использование ее в качестве своеобразной арматуры в процессе получения изделий повышенной прочности и твердости.[ …]
Клееные конструкции изучены хорошо и их производство непрерывно расширяется, но стоимость производства высокая. Несомненна перспективность клееных конструкций для изготовления элементов дна ящиков особо крупных размеров для грузов массой свыше 20—30 тыс. кг, так как клееные элементы по прочности не уступают цельным при одинаковом сорте древесины и допускают применение в слабонапряженных частях изгибаемого элемента низкосортных деталей. Следует отметить, что в строительстве применяют пиломатериалы хвойных пород высоких сортов, и исследования прочности клееных конструкций в основном основаны на данных по материалам 1-го и 2-го сортов. Изучение возможностей применения в клееных балках деталей из древесины мягких лиственных пород и низких сортов могло бы значительно расширить область применения клееной древесины, в том числе для изготовления элементов дна в крупногабаритной ящичной таре.[ …]
Эта бумага — наиболее распространенный вид бумажной продукции, изготовляемый в мире в количестве около 20 % от выпуска всех видов бумаги и картона. В зависимости от местных источников сырья и полуфабрикатов композиция этого вида бумаги по роду используемых волокнистых материалов в разных странах различна. В тех странах, где древесины мало и в достаточном количестве имеются другие волокнистые материалы, для изготовления газетной бумаги используются, например, солома или багасса (остатки сахарного тростника после извлечения из него сока). В некоторых случаях для удешевления себестоимости газетной бумаги ее получают из волокон газетной макулатуры. Общепризнано, что введение в композицию газетной бумаги волокон макулатуры в строго дозируемом ограниченном количестве регламентируемых марок может быть вполне целесообразным и существенным образом не отразится на качестве этого вида бумаги, вырабатываемой в подобных случаях, а также из 100 % макулатуры с несколько пониженными показателями механической прочности при скорости бумагоделательной машины до 850 м/мин.[ …]
Внешний вид годичных колец зависит от плоскости, в которой их рассматривают (рис. 2). У торца бревна они имеют вид концентрических окружностей, расположенных вокруг сердцевины. В течение года вырастает только один слой, называемый годичным слоем. Рисунки на поверхности досок, получаемые от годичных колец, зависят от плоскостей, на которых они видны. На радиальной поверхности древесины годичные кольца имеют вид параллельных линий (рис. 2, б). На тангенциальной поверхности (в плоскости, касательной к годичным слоям), как правило, видны концентрические и параболические кривые. Это объясняется природой вторичного утолщения у деревьев, в связи с чем плоскость разреза пересекает несколько годичных колец. Каждое отдельное кольцо прироста не в одинаковой степени проявляется в древесине, потому что интенсивность роста, а следовательно, и плотность формирующейся древесины, неодинаковы на протяжении всего вегетационного периода. Обычно наиболее быстрое увеличение в толщину происходит в начале вегетационного сезона и заметно замедляется к его концу. Та часть кольца, которая образуется весной, когда рост возобновляется, предназначена прежде всего для продвижения сока, поэтому она более пориста и часто обладает малой плотностью. Эта ткань носит название ранней, или весенней, древесины. Древесина, образуемая во второй половине вегетационного периода, называется поздней, или летней, древесиной. Она обычно плотнее и темнее ранней. Это можно заметить, рассматривая ее при небольшом увеличении или даже невооруженным глазом. Летняя древесина хорошо приспособлена для обеспечения прочности ствола и, по всей вероятности, не участвует в передаче сока в такой же степени, как весенняя древесина. Различие между более плотной и более темной летней древесиной данного прироста и более рыхлой и светлой весенней древесиной последующей зоны позволяет разграничивать годичные кольца.[ …]
Изучению действия ультразвука на целлюлозные волокна посвящено много исследований [447—459]. Некоторые исследователи сопоставляли или сочетали влияние ультразвука с различными механическими воздействиями. Так, Яйме, Кронерт и Нейхауз [447] изучали действие ультразвука на целлюлозные волокна по сравнению с высокочастотными механическими колебаниями и показали, что ультразвук с частотой 20—3000 кгц разрыхляет структуру волокна, увеличивает степень его набухания и обезвоживания. Механическая прочность бумаги, изготовленной из таких целлюлоз, повышается, особенно прочность к раздиранию. Аналогично действуют и высокочастотные механические колебания. Ивасаки, Линдберг и Мейер [448] считают, что общая картина изменений структуры волокна под действием ультразвука в водной среде сходна с изменениями структуры волокон при механическом размоле. При этом происходят глубокие изменения морфологической структуры волокон, приводящие к сдвигам во вторичной клеточной стенке, отрыву крупных кусков от первичной стенки, затем к набуханию вторичной стенки и ее дефибриллированию. В работе Сафоновой и Клен-ковой [449, 450] при изучении микрофотографий волокон, подвергнутых ультразвуковому воздействию в воде, показано, что имеются и другие, более глубокие нарушения в структуре волокна, которое становится пронизанным целой сетью многочисленных поперечных каналов. Отмечается [457], что волокна ранней древесины и волокна, не подвергавшиеся высушиванию, более восприимчивы к действию ультразвука.[ …]
ru-ecology.info