Упругость и пластичность древесины. Модуль упругости древесины |
Упругость древесины является одной из главных характеристик механических свойств дерева. Упругостью называют способность материала, в данном случае – дерева, сопротивляться деформации под действием механического напряжения.
Упругость древесины зависит от нескольких параметров древесины:
— влажности. Чем выше влажность – тем ниже упругость
— прямослойности. Свилеватая древесина менее упруга, чем прямослойная
— объемного веса. Легкая древесина не так упруга, как тяжелая и плотная
— возраст. Молодая древесина менее упруга, чем зрелая
— размеры сердцевинных лучей. Например, у хвойных пород древесины сердцевинные лучи однорядные и очень мелкие, поэтому такая древесина отличается большой упругостью, невзирая на относительно небольшой удельный вес.
— заболонная древесина менее упруга, чем ядровая.
При недлительных нагрузках до напряжений, которые соответствуют пределу пропорциональности (иными словами – до момента, когда процесс деформации окажется необратимым), деформация материала пропорциональна его напряжению, и после снятия нагрузки исчезает.
Для определения упругости древесины используют понятия модуля упругости древесины, коэффициента деформации и модуля сдвига. При этом все показатели будут существенно отличаться в зависимости от того, в каком направлении приложена нагрузка – вдоль древесных волокон, тангенциально поперек древесных волокон, радиально поперек древесных волокон.
— Модуль упругости древесины Е – это соотношение между нормальными напряжениями и относительными деформациями. Различают следующие модули упругости: вдоль волокон Еа, поперек волокон тангенциальный Еt, поперек волокон радиальный Еr, модуль упругости при изгибе Еизг;
— Модуль сдвига древесины G – это соотношение между касательными напряжениями и относительным сдвигом
— Коэффициент поперечной деформации дерева µ – это соотношение поперечной деформации к продольной, которые возникают при нагрузке стержня.
Модуль упругости древесины основных пород
| Порода древесины | Модуль упругости древесины на растяжение, МПа | Модуль упругости древесины на сжатие, МПа | Модуль упругости древесины на изгиб (статический), МПа | ||||
| Еа | Еt | Еr | Еа | Еt | Еr | ||
| Береза | 18 300 | 490 | 670 | 16 100 | 520 | 670 | 15 400 |
| Ель | 14 600 | 490 | 690 | 14 500 | 430 | 660 | 11 000 |
| 12 100 | 500 | 580 | 12 100 | 570 | 690 | 12 600 | |
| Дуб | 14 300 | 890 | 1 160 | 14 300 | 970 | 1 340 | 15 400 |
Модуль упругости дерева исчисляется в МПа, или в кГс/см2 (1 МПа = 10,19716213 кГс/см2))
Коэффициенты поперечной деформации основных пород дерева
| Порода древесины | µra | µta | µar | µtr | µat | µrt |
| Береза | 0,58 | 0,45 | 0,043 | 0,81 | 0,04 | 0,49 |
| Ель | 0,44 | 0,411 | 0,017 | 0,48 | 0,031 | 0,025 |
| Сосна | 0,49 | 0,41 | 0,03 | 0,79 | 0,037 | 0,038 |
| Дуб | 0,43 | 0,41 | 0,07 | 0,83 | 0,09 | 0,34 |
Модуль сдвига основных пород древесины
| Порода | Gra (МПа) | Gta (МПа) | Grt (Мпа) |
| Береза | 1 510 | 870 | 230 |
| Ель | — | — | 50 |
| Сосна | 1 210 | 780 | — |
| Дуб | 1 380 | 980 | 460 |
Модуль упругости древесины обязательно учитывается при сооружении кровельных и стропильных систем, поскольку определение внутренних усилий древесины от воздействия нагрузок играет здесь очень важную роль.
К тому же, упругость древесины имеет значение при изготовлении ружейных лож, ручек к ударным инструментам, молотам и прочим случаям, где необходимо смягчить толчки.
Пластичность древесины
Говоря об упругости древесины, невозможно не упомянуть о ее антиподе – пластичности. Пластичность древесины – это ее способность изменять форму при воздействии нагрузки и сохранять ее и после воздействия нагрузки. Данный показатель зависит от тех же факторов, что и упругость, однако их действие будет обратным (чем влажнее древесина – тем она пластичней, чем старше – тем менее пластична и т.д.).
Пластичность древесины можно повысить путем пропарки или проварки горячей водой. Такие методы используют при производстве гнутой мебели, полозьев для саней и прочих мест, где пластичность дерева играет ключевую роль. Среди популярных пород древесины наибольшей пластичностью обладают бук, вяз, ясень и дуб. В частности, у бука хорошая пластичность обусловлена множеством крупных сердцевинных лучей, которые изгибают древесные волокна.
У вяза, ясеня и дуба при изгибании крупные сосуды, расположенные кольцевыми рядами в годовых слоях, значительно сдавливаются поздней, более плотной, древесиной, чем и объясняется их высокая пластичность.
Татьяна Кузьменко, член редколлегии Собкор интернет-издания «AtmWood. Дерево-промышленный вестник»
Мебель своими руками: Упругость древесины
Упругость древесины
Упругостью называют способность материала возвращаться к первоначальному виду и размерам после : прекращения действия сил. При изучении упругих свойств древесины мы встречаемся со следующими терминами: предел упругости, предел пропорциональности, упругость, пластичность, модуль упругости, вязкость, хрупкость, гибкость.
Предел упругости, т. е. напряжение, начиная с которого при его дальнейшем увеличении появляются остаточные деформации при прекращении действия силы, обычно определяется лишь условно. В частности, для металлов за предел упругости условно принимают напряжение, которое вызывает деформацию, не превышающую 0,001—0,03%.
В отношении древесины эта условная величина является неприемлемой, так как изменения свойств древесины разных пород в разных ее состояниях значительно превышают этот условный предел. Даже сравнительно мало чувствительные приборы отмечают в древесине остаточные деформации почти с самого начала загружения. Поэтому характеристику «предел упругости» по отношению к древесине ,не применяют.
Пределом пропорциональности называют то напряжение, ниже которого деформация материала пропорциональна действующей силе. В то время как в металлах предел упругости (в его условном понимании) и предел пропорциональности различаются столь мало, что их обыкновенно считают совпадающими, в древесине предел пропорциональности часто очень близок к временному сопротивлению.
Численная характеристика упругости может быть выражена, как отношение упругой деформации к остаточной при каком-либо данном напряжении материала.
Упругость материала
где f—деформации материала.
Таблица 31 Упругость древесины при напряжении изгиба около 300 кг/см2 (по Перелыгину)
| Порода дерева | Упругость Y=fупр/fост |
| Береза | 50 |
| Дуб | 100 |
| Ель | 50 |
| Липа | 6-30 |
| Сосна | 20—30 |
| Ясень | 100 |
Модуль упругости
Модуль упругости характеризует свойство материала давать большую или меньшую деформацию под действием данной нагрузки. По величине модуля упругости можно сравнивать жесткость (устойчивость) материала в пределах упругости. ремонт мебели своими руками
Модуль упругости первого рода В при растяжении вдоль волокон колеблется в зависимости от породы древесины в пределах от 80 000 (для бука) до 129000 кг/см2 (для лиственницы).
С повышением влажности модуль упругости уменьшается.
Средний поправочный коэффициент на влажность — 2% величины модуля на 1% влажности древесины.
Модуль упругости при растяжении поперек волокон в радиальном ,направлении примерно в 10 раз ниже, чем при растяжении вдоль волокон. При этом модуль упругости при растяжении поперек волокон в радиальном направлении примерно в три раза выше, чем в тангентальном для хвойных пород и в два раза выше для лиственных пород.
Древесина хвойных пород при одном и том же объемном ,весе по упругости выше древесины лиственных пород.
Все ручки молотков во избежание отдачи должны делаться из упругой древесины.
Модуль упругости второго рода G (при кручении) у древесины значительно ниже, чем Е.
Влияние влажности на модуль упругости G незначительно и его можно не учитывать.
Релаксация, или упругое последействие
Древесина, как и многие другие материалы органического происхождения, обладает свойством изменять величину деформации при нагружении в зависимости от скорости нагружения.
Кроме того, эта деформация увеличивается даже в том случае, когда нагрузка не возрастает. При разгрузке же и после полного прекращения действия сил материал приходит в окончательно установившуюся форму не сразу, а постепенно. Это свойство носит название релаксации, или упругого последействия.
При всех видах статических испытаний древесины релаксация может играть очень большую роль и ее необходимо учитывать. При динамических нагрузках влияние релаксации исключено.
Модуль упругости Вуда и коэффициент Пуассона
В таблицах ниже приведены значения модуля Юнга (модуля упругости) и коэффициента Пуассона при комнатной температуре для древесины и композиционных материалов, используемых в технике.
Они показывают средние значения модуля Юнга (модуля упругости) при сжатии параллельно волокнам для различных пород древесины и средние значения коэффициента Пуассона для нескольких классов древесины высокой и низкой плотности.
Свойства выражены в средних значениях, которые могут существенно различаться в зависимости от обработки и качества материала.
Точные значения можно измерить с помощью Sonelastic 9.0007® Системы неразрушающего контроля как при комнатной температуре, так и в зависимости от температуры и/или времени.
Дерево
| Материал | Модуль упругости | ||
| Порода древесины | ГПа | 10 6 psi | |
| Angelim pedra (Hymenolobium petraeum): | 12,9 | 1,87 | |
| Каска гросса (Vochysia spp): | 16,2 | 2,35 | |
| Купиуба (Goupia glabra): | 13,6 | 1,98 | |
| Эвкалипт лимонный (Eucalyptus citriodora): | 18,4 | ||
| Эвкалипт Грандис (Eucalyptus grandis): | 12,8 | 1,85 | |
| Эвкалипт пятнистый (Eucalyptus maculata): | 18,1 | 2,62 | |
| Эвкалипт урофилла (Eucalyptus urophylla): | 13,2 | 1. 91 | |
| Ипе (Tabebuia serratifolia): | 18,0 | 2.61 | |
| Ятоба (Hymenaea spp): | 23,6 | 3.42 | |
| Cedro doce (Cedrella spp): | 8.06 | 1,17 | |
| Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ® . | |||
| Дерево | |||
| Ориентация образца | Коэффициент Пуассона включает | Коэффициент Пуассона для древесины низкой плотности | Коэффициент Пуассона для древесины высокой плотности |
| Продольный: | ν_LT и ν_LR | 0,40 ± 0,05 | 0,43 ± 0,07 |
| Радиальный: | ν_RT и ν_RL | 0,25 ± 0,25 | 0,35 ± 0,30 |
| Тангенциальный: | ν_TR и ν_TL | 0,20 ± 0,15 | 0,18 ± 0,15 |
Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование композитов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего Sonelastic 
Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и для надежности моделирования с помощью конечных элементов. Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов, таких как панели и деревянные доски.
Этот раздел веб-сайта представляет собой краткое изложение выдержки из Технического обзора ITC-ME/ATCP Модули упругости: обзор и методы определения характеристик и Научно-технической информации ITC-05/ATCP: Caracterização dos modulos elásticos de madeiras utilizando a Técnica de Excitação por Impulso (TEI) — (*язык ptBr).
Ссылки
ASSOCIAÇÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de madeira, NBR 7190. Рио-де-Жанейро, 1997. 107 стр.
БОДИГ Дж., ДЖЕЙН Б.А. Механика древесины и древесных композитов. Malabar (EUA), Krieger Publishing Company, 1993.
Откройте для себя системы Sonelastic
® Система Sonelastic® для образцов малого размераСистема Sonelastic® для образцов среднего размера
Система Sonelastic® для образцов среднего размера
Система Sonelastic® для средних образцов
Древесина, панельные и конструкционные деревянные изделия
Плотность, напряжение волокна, прочность на сжатие и модуль упругости чистой древесины, панельных и конструкционных деревянных изделий.
Рекламные ссылки
Чистая древесина
| Древесина | Плотность — ρ — (кг/м 3 8 3) 8 | Напряжение волокна при пределе упругости — σ y — (МПа) | Модуль упругости — E — (ГПа) | — σ — (МПа) | Прочность на сдвиг параллельно волокнам — τ — (МПа) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ольха красная | |||||||||||
| 9,5 | 40,1 | 7,4 | |||||||||
| Ясень — черный, синий, зеленый, орегонский, белый | 490–600 | 87–103 | 9,4–12 | 1,001–9 5 0 4 0015 10,8 — 14||||||||
| Осина — Большой зуб , Дрожь | 390 | 63 | 9,9 | 36,5 | 7,4 | ||||||
| Белохвост 70016 16 3016 | 46 | 9,9 | 43,9 | 6,9 | |||||||
| Липа, американка | 370 | 60 | 10,1 | 32,6 | 6,9 | ||||||
| Бук, американка 90 6 100156 9015 15 103 | 11,9 | 50,3 | 13,9 | ||||||||
| Береза - Бумага, Сладкая , желтый | 550 — 620 | 85 — 114 | 11 — 15 | 39,2 — 58,9 | 8,3 — 15,4 | 14 015 380 | 56 | 8. 1 | 36.2 | 8.1 | |
| Кедр — белый атлантический, красный восточный, ладан, северный белый, порт-орфордский, западный красный, желтый | 310 — 470 1 6 9 9 8 9 0 1 8 5 900 0015 5,5 — 11,7 | 27,3 — 43,5 | 5,5 — 9,4 | ||||||||
| Вишня, черный | 500 | 85 | 10,3 | 4||||||||
| Каштановый, американский | 430 | 59 | 8,5 | 36,7 | 7,4 | ||||||
| Тополь баламский, черный, восточный | 310 — 400 | 90 5 -162 7,6 — 9,4 | 27,7 — 33,9 | 5,4 — 7,2 | |||||||
| Пихта дугласовая – побережье, внутренний запад, внутренний север, внутренний юг | 460–500 | 82–90 | 10,3–13,4 | 43,1–901,2 | 7,8 900 6 | ||||||
| Вяз, английский язык | 560 | 40–54 | 11,8 | 17–32 | 8–11,3 | ||||||
| Вяз, голландский 90 60 50 50156 90 15 42 — 60 | 7,7 | 18 — 32 | 7,2 — 10 | ||||||||
| Пихта | 320 — 430 | 61,4 — 75,8 | 8,9 — 11,9 | 33,5 — 44,2 | 1 6 90 15 6,2 — 44,2 0014 | Хакберри | 530 | 76 | 8,2 | 37,5 | 11 |
| Болиголов восточный, горный, западный | 400 — 450 | 61 — 79 | 8,3 — 7 — 11,3 | 3 016 | 7,3 — 10,6 | ||||||
| Гикори, пекан — Горький орех , Мускатный орех, Пекан, Вода | 600 — 660 | 94 — 123 | 11,7 — 13,9 | 47,6 — 62,3 | 14,3 | ||||||
| 690 — 720 | 125 — 139 | 14,9 — 15,6 | 55,2 — 63,5 | 12 — 16,8 | |||||||
| 5 Гледичия 9000 1 | 11,2 | 51,7 | 15,5 | ||||||||
| Лиственница западная | 520 | 90 | 12,9 | 52,5 | |||||||
| Саранча, черный | 690 | 130 | 134 | 134 | 6 | 70,2 | 17,1 | ||||
| Магнолия — Огуречная, южная | 480 — 500 | 77 — 85 | 9,7 — 12,5 | 37,6 — 43,5 | 9 09 1 9 0 15 1 9 0 0 10 014Красное дерево | 545 | 60 | 8,7 | 45 | 6,0 | |
| Клен крупнолистный, черный, красный, серебристый, сахарный | 480–630 | 61–109 | 7,9–12,6 | 90–15 90–15 15 90–14 36 11,9 — 16,1||||||||
| Дуб красный — черный, вишневая кора, лавр, северный красный, булавка, алый, южный красный, водяной, ива | 590 — 690 | 75 — 125 | 10,3 — 13,1 | 9,5 — 60016 42 — 60,3 14.||||||||
| Дуб, белый — Бур, Каштан, Live, Overcup, Столб, Болотный каштан, Болотный белый, Белый | 640 — 880 | 71 — 127 | 7,1 — 13,7 — 9 | 1,1 — 13,7 | 1,1 — 13,7 1,008 610,3 — 13,8 | ||||||
| Сосна — Восточная белая, Джек, Лоблолли, Лохматик, Длиннолистный, Шаг | 350 — 590 | 59 — 100 | 8,5 — 13,7 | 33,1 — 49,2 | 6,1 — 10,4 | 9 10 лар, | |||||
| 70 | 10,9 | 38,2 | 8,2 | ||||||||
| Сассафрас | 460 | 62 | 7,7 | 32,8 | 8,5 | ||||||
| Ель — Черная, Sitka, Engelmann, White 16, Sitka900, Red, Engelmann, 15 350 — 430 | 63 — 79 | 7,9 — 11 | 37 — 44 | 6,8 — 9,2 | |||||||
| Свитгам | 520 | 90 15 90 15 90 15 | 6 90 015 43,611 | ||||||||
| Платан американский | 490 | 69 | 9. 8 | 37.1 | 10.1 | ||||||
| Tupelo — черный, вода | 500 | 66 | 4.3 — 3.7 | 9,2 — 11 | |||||||
| Орех, черный | 550 | 101 | 11,6 | 52,3 | 9,4 | черный 390 | 54 | 7 | 28,3 | 8,6 |
3- значения для древесины с влажностью 12%
- 1 МПа = 10 6 Па
- 1 ГПа = 909 909 0703 10 100204
- Напряжение волокна на пределе упругости (модуль разрыва)
902 9 0203 Модуль упругости ( Модуль упругости, модуль Юнга)
- Древесина – Влагостойкость и прочность на сжатие
- Лиственные или хвойные породы?
Загрузите и распечатайте конвертер единиц натяжения.
Таблица 9.0003
Изделия из панелей
| Панель | Плотность — ρ — (кг/м 3 ) | 38 Волокно St 938 Предел Модуль упругости — E — (ГПа) | 900 — 1000 | 31 — 56 | 3,1 — 5,5 |
|---|---|---|---|
| МДФ — ДВП средней плотности | 700 — 900 | 36 | 3,6 |
| ДСП | 5 — 10018 600 15 — 242,8 — 4,1 | ||
| OSB — Ориентированно-стружечная плита | 500 — 800 | 22 — 35 | 4,4 — 6,3 |
| Фанера | 400 — 600 | 34 — 43 9 1 7 -0016 | 019 |
Деревянные конструкции
| Конструкционная древесина | Плотность — ρ — (кг/м 3 ) 9 Предел упругости Эластичность волокна 9 0203 — σ у — (МПа) | Модуль упругости — E — (ГПа) | |
|---|---|---|---|
| Клееный-ламинированный 00 — 600 | 29 — 63 | 9- 14. 5 | |
| Ламинированный брус | 400 — 700 | 34 — 86 | 9 — 19 |
2 Связанные темы
Связанные документы
Рекламные ссылки
Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — Онлайн 3D моделирование!
Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширения SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, увлекательными и бесплатными программами SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!
Перевести
О Engineering ToolBox!
Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.
Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложений на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.
Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.
AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочитайте AddThis Privacy для получения дополнительной информации.
Реклама в ToolBox
Если вы хотите продвигать свои товары или услуги в Engineering ToolBox — используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.
Citation
Эту страницу можно цитировать как
- Engineering ToolBox, (2011).
