Предел прочности дерева: Страница не найдена — O-Drevesine.ru

Содержание

Прочность древесины

Навигация:
Главная → Все категории → Древесина

Прочность древесины Прочность древесины

Предел прочности при статическом изгибе. Для определения предела прочности древесины при статическом изгибе (ГОСТ 16483.3-84) используют образцы в виде прямоугольных призм сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокна 300 мм.

Определение проводят на испытательной машине, позволяющей развивать усилие 4…5 кН. Образец устанавливают на две опоры, расположенные на расстоянии 240 мм одна от другой (рис. 16.2) таким образом, чтобы изгибающее усилие было направлено по касательной к годичным слоям (изгиб тангенциальный). Усилие передается на центр образца через третью опору. Радиус закругления у опор 30 мм.

Рис. 16.2. Схема испытаний древесины на статический изгиб

Для определения предела прочности при сжатии древесины вдоль волокон (ГОСТ 16483.10-73*) используют образцы в виде прямоугольных призм сечением 20×20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм.

Рис. 16.3. Приспособление для испытаний образцов древесины на сжатие вдоль волокон:
1 — сферическая самоустанаапниюшаяся опора; 2 —образен древесины; 3 — пуансон; 4 —корпус: 5 —опора, воспринимающая нагрузку

Перед испытанием вычисляют площадь поперечного сечения образца, измеряя его размеры с погрешностью не более 0,1 мм.

Образец помещают в приспособление для испытаний на сжатие (рис. 16.3) и нагружают с такой скоростью, чтобы он разрушился через (1,0±0,5) мин после начала нагружения. Испытания проводят на машине, развивающей усилие 50 кН. Разрушающую нагрузку измеряют с погрешностью не более 1%.

Предел прочности при смятии поперек волокон. В том случае, когда сжимающая сила направлена перпендикулярно волокнам древесины, происходит смятие волокон, представляющих собой полые трубочки (сосуды, клетки). При этом древесина может уплотняться иногда до 1/3 – начальной высоты образца без видимого разрушения.

При построении диаграммы зависимости деформаций древесины от приложенной силы (рис. 16.4) после некоторого прямолинейного участка, на котором деформация пропорциональна приложенной силе, появляется криволинейный участок, когда деформации начинают расти очень быстро. Точка перехода первого участка во второй называется пределом пропорциональности, а значение напряжений, соответствующее этой точке, принимают за условный предел прочности древесины при местном смятии поперек волокон.

Древесину испытывают на смятие поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород предел прочности при смятии в радиальном направлении выше в 1,5 раза, чем в тангенциальном; у хвойных же пород, наоборот, прочность выше в тангенциальном направлении.

Рис. 16.4. Диаграмма деформаций

Рис. 16.5. Приспособление для испытаний образца древесины при смятии

Испытания проводят на образцах в виде прямоугольных призм с основанием 20×20 мм и длиной вдоль волокон 60 мм с помощью машины, развивающей усилие 10 кН. Образец во время испытаний находится в приспособлении (рис. 16.5), позволяющем измерять деформацию образца с помощью индикатора. Усилие на образец передается через металлическую накладку 2. Ширина рабочей площадки накладки, вдавливаемой в древесину, 20 мм; ребра рабочей площадки закруглены (R = 2 мм), поэтому расчетная ширина площадки принимается 18 мм.

Перед установкой образца в приспособление измеряют его ширину в средней части с погрешностью не более 0,1 мм. Затем образец устанавливают так, чтобы деформирующее усилие было направлено в заданном (радиальном или тангенциальном) направлениях, а рабочая площадка металлической накладки располагалась по центру образца.

Нагружение образца прекращают, когда деформации начинают расти непропорционально и металлическая накладка войдет в образец на 2…4 мм. По полученным данным строят график в координатах «усилие — деформация» (см. рис. 16.4), по которому определяют усилие Русл, соответствующее пределу пропорциональности.


Похожие статьи:
Твердость древесины

Навигация:
Главная → Все категории → Древесина

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Механические свойства древесины

   Целлюлозные цепочки всегда представляют собой нитевидные молекулы. Растительная клетка имеет форму трубки, стенки которой образованы длинными, уложенными приблизительно параллельно нитевидными молекулами целлюлозы.

   Таким образом, с инженерной точки зрения любую древесину можно считать пучком параллельных трубок. Поскольку материал этих трубок по существу для всех пород одинаков, то прочность древесины зависит от толщины стенок и, следовательно, от средней плотности древесины.

   Механические качества древесины не отличаются от свойств, которые можно ожидать от пучка трубок или волокон.

   Прочность древесины определяют путем испытания малых, чистых (без видимых пороков) образцов древесины. Прочность древесины характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.

   Прочность древесины как анизотропного волокнистого материала в большой степени зависит от того, под каким углом к волокнам будет направлена сила (рис. 7).

   Диаграмма растяжения – сжатия древесины вдоль волокон представлена на рис. 8. в области растяжения она практически линейна, а дерево при этом ведет себя как хрупкий материал. При испытании на сжатие кривая «напряжение-деформация» существенно не линейна.

   Прочность древесины зависит также от породы дерева, средней плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и влажности.

   Прочность древесины определяют на небольших лабораторных образцах без пороков.

   Прочность при сжатии определяют вдоль и поперек волокон. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 4-6 раз больше, чем прочность поперек волокон. Например, предел прочности при сжатии образцов воздушно-сухой сосны вдоль волокон – около 100 МПа, а поперек – только 20- 25 МПа.

   Прочность древесины при растяжении вдоль волокон в среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел прочности при сжатии.

   Удельная прочность древесины при растяжении вдоль волокон примерно такая же, как у высокопрочной стали и стекло-пластика.

   Следовательно, древесина по своей удельной прочности конкурирует с современными конструкционными материалами. Однако использовать высокую прочность древесины не так легко, поскольку сучки, трещины и другие пороки сильно снижают ее механические свойства. В этом отношении большие возможности дает применение древесины в клееных деревянных конструкциях.

   Прочность при статическом изгибе древесины достаточно высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет около 70% прочности при растяжении. Поэтому древесина (балки, настилы и т.п.) чаще всего работает на изгиб.

   К тому же дерево стойко к концентрации напряжений ввиду наличия внутренних поверхностей раздела между волокнами.

   Прочность древесины при скалывании имеет большое значение при устройстве врубок, клеевых швов и т.п. в деревянных конструкциях. Предел прочности при скалывании вдоль волокон для большинства применяемых в строительстве древесных пород составляет 6,0-13 МПа, а при скалывании поперек волокон – в 3-4 раза выше. Кроме этих испытаний может проводиться определение предела прочности древесины при перерезании поперек волокон.

   Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом 5,64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 см2). Твердость древесины по торцу на 15-50% больше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35-50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) – более 100 МПа. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износостойкостью и лучше удерживают шурупы.

   Факторы, влияющие на механические свойства древесины. Общая тенденция состоит в том, что, чем плотнее древесина, тем большую прочность она имеет. Плотность и прочность древесины возрастает, если лес растет на возвышенных местах и песчаных почвах.

   Прочностные характеристики древесины несколько снижаются с повышение температуры.

   Стандартные методы определения механических свойств на малых «чистых» образцах позволяют сравнивать между собой прочность древесины одной породы или разных пород и оценивать общее качество древесины из данного лесонасаждения. Несмотря на это фактическая прочность строительной древесины в элементах стандартных размеров (досок, брусьев, бревен), в которых имеются те или другие дефекты строения и другие особенности, может быть значительно ниже. Поэтому при нормировании допускаемых напряжении (расчетных сопротивлений) устанавливается относительно большие коэффициенты запаса прочности.

Читайте также:

Свойства древесины

Декоративные свойства древесины

Цвет

Содержащиеся в полостях клеток красящие и смолистые вещества, а также дубильные вещества придают древесине цвет. Особый цвет в пределах климатического пояса присущ каждой древесине. Породы, произрастающие в различном климате, различаются по цвету – он служит для её распознавания дополнительным признаком.

Блеск

Отражение светового потока называют блеском. Он зависит от расположения и размеров сердцевинных лучей, их количества, а также от плотности древесины. Древесина дуба, лиственницы и бука отличается особым блеском.

Текстура

При перерезании волокон древесины, её сердцевинных лучей и годичных слоев на разрезе образуется рисунок, который называют текстурой. Она определяет декоративную ценность и зависит от направления разреза, особенностей строения древесины. Разница в окраске древесины ранней и более поздней, ширина годичных слоев, расположение волокон, наличие крупных сосудов и сердцевинных лучей определяет текстуру. Красива на тангенциальном разрезе текстура хвойных пород, которую дают различия в цвете древесины, образованной в разное время.
Физические свойства древесины

Влажность

Процентное соотношение массы влаги, содержащейся в указанном объеме древесины и массы древесины абсолютно сухой, называется абсолютной влажностью.
Степени влажности древесины:
Мокрая. Её влажность свыше 100% из-за длительного нахождения в воде.
Свежесрубленная. Её влажность 50-100%.
Воздушно-сухая. Её влажность около 15-20%. Древесина, хранение котрой осуществлялось на воздухе. Изменяется в зависимости от климата и времени года.
Комнатно-сухая. Её влажность не более 10%.

Плотность древесины

Выражается в килограммах на каждый кубический метр (кг/м.куб.) и определяется как отношение массы к объему. Влажность оказывает влияние на плотность. Влажность 12% оптимальна для определения физико-механических свойств древесины. Более тяжелая (плотная) древесина обычно обладает и большей прочностью. Таким образом, очевидна тесная связь плотности и прочности. Количество в единице объема древесинного вещества и есть плотность древесины.

Механические свойства древесины

Способность древесины противостоять воздействию нагрузок характеризуется механическими свойствами. Деформативность, прочность, ударная вязкость, твердость древесины относят к её механическим свойствам. Изменение формы и нарушение между отдельными частицами древесины связи происходит под воздействием нагрузок (внешних сил). Внутренние силы возникают благодаря сопротивлению древесины этим нагрузкам.

Прочность

Сопротивление древесины разрушению и разрыву связей между частицами под воздействием механических нагрузок называют прочностью. Порода дерева, влажность, плотность, наличие пороков, направление действующей нагрузки определяют прочность и предел прочности – напряжение, при котором происходит нарушение целостности древесины.
Основными видами механического воздействия считают сжатие, скалывание, изгиб, растяжение.

Растяжение: предел прочности

При растяжении, направленном вдоль древесного волокна средний показатель предела прочности составляет около 130 МПа. Строение древесины на прочность при таком растяжении оказывает существенное влияние. Снижение прочности может возникнуть даже при незначительном отклонении от расположения волокон, предусмотренного природой. При растяжении поперек волокон прочность очень мала. Она составляет 6,5 МПа в среднем. От предела прочности, которым обладает древесина при растяжении вдоль волокон, это примерно 1/20 часть.

Сжатие: предел прочности

При сжатии поперек волокон древесина обладает примерно в 8 раз меньшей прочностью, чем при сжатии вдоль. Деформация в виде некоторого укорочения испытываемого образца наблюдается при сжатии вдоль волокон.

5. Прочность древесины. Материаловедение: конспект лекций [litres]

5. Прочность древесины

К механическим свойствам относятся прочность и дефор—мативность древесины, а также некоторые технологические свойства. Прочность древесины – это способность ее сопротивляться разрушениям под воздействием внешних нагрузок. Предел прочности древесины определяется путем испытания образцов на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг.

При испытании древесины на сжатие нагрузку производят вдоль волокон, затем поперек и в одном месте. Предел прочности определяют в МПа по формуле:

бсж = Рmax / a ? b,

где Pmax – максимальная разрушающая нагрузка, Н;

а и b – размеры образца древесины, мм.

По данным испытаний установлено, что при растяжении древесины поперек волокон прочность составляет примерно 1/20 прочности при растяжении вдоль волокон. Поэтому при конструировании изделий и устройстве различных строительных конструкций не допускают случаев, чтобы растягивающие нагрузки были направлены поперек волокон.

На практике в большинстве случаев изделия из древесины работают с нагрузками на изгиб. Поэтому образцы древесины обязательно испытывают на изгиб, при этом определяют предел прочности в МПа по формуле:

биз = 3Рmax ? l/2 ? b ? h2,

где l – расстояние между опорами, мм;

b – ширина образца в радиальном направлении, мм;

h – высота образца в тангенциальном направлении, мм.

При изгибании образца с выпуклой стороны возникают напряжения растяжения, а с вогнутой – сжатия. При нагрузках выше предельной величины разрушение древесины происходит в виде разрыва растянутых волокон на выпуклой стороне излома образца.

Большое значение имеет показатель прочности при сдвиге. Этот показатель определяют при испытаниях трех видов сдвига: на скалывание вдоль и поперек волокон; на перерезание древесины поперек волокон. При этом предел прочности древесины на скалывание – бск, МПа определяют по формуле:

бск = Рmax / b ? l,

где P max – максимальная нагрузка, Н;

b, l – толщина и длина образца в плоскости скалывания, мм. Испытания на перерезание древесины поперек волокон проводят на образцах с применением подвижного ножа. При этом предел прочности в МПа определяют по формуле:

? = Рmax / 2 ? a ? b,

где Pmax – максимальная нагрузка, Н;

а и b – размеры сечения образца, мм (поперечные). Как показывают результаты испытаний, прочность древесины при перерезании поперек волокон в 4 раза больше, чем при скалывании вдоль волокон.

Как показали испытания, модули упругости при сжатии и растяжении древесины примерно одинаковы и составляют для сосны – 12,3 ГПа, для дуба – 14,6 ГПа и для березы – 16,4 ГПа при влажности 12 %. Модуль упругости поперек волокон примерно в 20–25 раз меньше, чем вдоль, а в радиальном направлении выше, чем в тангенциальном, примерно на 20–50 %.

При испытаниях древесины также определяют модуль упругости:

Е = 3 ? Р ? l / (64b ? h3 ? f),

где Р – нагрузка, равная разности между верхними и нижними пределами измерения, Н;

l – расстояние между опорами (на которых располагается образец древесины), мм;

b и h – ширина и высота образца, мм;

f — прогиб, равный разности среднеарифметических значений прогиба при верхнем и нижнем пределах нагружения, мм.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Предел — прочность — древесина

Предел — прочность — древесина

Cтраница 1

Предел прочности древесины растяжению поперек волокон крайне низок, поэтому при проектировании конструкции подобный вид кагружения следует избегать.  [1]

Предел прочности древесины на сжатие вдоль волокон высок у всех пород. Поперек волокон он значительно меньше.  [3]

Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон зависит от влажности.  [5]

Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон невелик и составляет примерно 12 — 25 % от предела прочности при сжатии вдоль волокон.  [6]

Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении волокон от направления продольной оси образца.  [8]

Принимая предел прочности древесины при скалывании равным 60 — 70 кГ / см2 и учитывая небольшую продолжительность действия силы тяже -: ия по оборванному проводу ( линия будет восстановлена в течение — нескольких часов), можно считать полученное напряжение материала приемлемым.  [9]

Значение предела прочности древесины существенно зависит от ее влажности. Повышенная влажность снижает прочность древесины.  [10]

Пересчет предела прочности древесины при статическом изгибе на стандартную влажность производится так же, как для предела прочности при сжатии.  [11]

Влияние завитков на предел прочности древесины при статическом изгибе видно из данных табл. 14, полученных в результате сравнительных испытаний образцов небольшого сечения ( от 2X2 до 6X6 см) из древесины сосны и дуба с завитком в растянутой зоне опасного сечения и без завитков.  [13]

При действии растягивающей силы под углом предел прочности древесины быстро падает. Так, при угле между направлениями волокон и действующей силой, равном 15, предел прочности составляет 40 %, а при угле30 — всего 14 % предела прочности древесины при растяжении вдоль волокон.  [15]

Страницы:      1    2    3

Определение предела прочности древесины при статическом изгибе

Определение электропроводности древесины

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 8 Определение электропроводности

Подробнее

«ИЗУЧЕНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ»

Лабораторная работа «ИЗУЧЕНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ» Цель работы: Определение модуля упругости материалов. Принадлежности: Установка для изучения упругих свойств материалов, образцы, линейка, микрометр,

Подробнее

F 2 , (8.1) F σ. = = l SE E

Методические указания к выполнению лабораторной работы 1.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА * * Аникин А.И. Механика: методические указания к выполнению лабораторных работ по физике. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2008.

Подробнее

Тема 4. Лекция 4. Основные понятия.

Тема 4 Механические характеристики материалов. Лекция 4 Основные понятия. Предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, временное сопротивление, предел прочности, истинное напряжение разрыву,

Подробнее

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА ИЗ ИЗГИБА

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА ИЗ ИЗГИБА Методические указания для выполнения лабораторной работы Томск 2014 Рассмотрено и утверждено методической комиссией

Подробнее

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

ЗАКОН ГУКА Цель работы: проверить применимость закона Гука для упругих материалов на примере пружины и резиновой ленты. Приборы и принадлежности: компьютер, установка для проверки закона Гука, набор гирь,

Подробнее

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА ИЗ ИЗГИБА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан ЕНМФ Ю.И. Тюрин 2007 г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Подробнее

Определение модуля сдвига методом кручения

Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 7 Определение модуля сдвига методом кручения Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей

Подробнее

Определение модуля Юнга

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Кафедра общей физики Лаборатория механики Лабораторная работа 10 Определение модуля Юнга Ярославль 2006 Оглавление 1. Краткая

Подробнее

«ИСПЫТАНИЕ НА СЖАТИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ОБРАЗЦОВ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

Подробнее

ЗАКОН ГУКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ ЗАДАЧИ ВВЕДЕНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.17 ЗАКОН ГУКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ Экспериментально проверить справедливость закона Гука для упругих материалов различных видов. ЗАДАЧИ 1. Измерить удлинения l пружины 1 и пружины 2 в зависимости

Подробнее

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА СЖАТИЕ

Критерий прочности Мора. Особенностью критерия прочности Мора является то, что он не содержит никаких критериальных гипотез, а полностью основывается на обобщении результатов экспериментов. Условие прочности

Подробнее

Сопротивление материалов

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана Ж У Р Н А Л лабораторных занятий по курсу Сопротивление материалов Часть I Фамилия и инициалы студента Факультет Группа 0 учебный год

Подробнее

7.8. Упругие силы. Закон Гука

78 Упругие силы Закон Гука Все твердые тела в результате внешнего механического воздействия в той или иной мере изменяют свою форму, так как под действием внешних сил в этих телах изменяется расположение

Подробнее

ДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ НАГРУЗОК. Тема XV

Лекция 17 ДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ НАГРУЗОК Тема XV Рассматриваемые вопросы 15.1. Динамическое нагружение. 15.2. Учѐт сил инерции в расчѐте. 15.3. Расчѐты на ударную нагрузку. 15.4. Вычисление динамического

Подробнее

Лабораторная работа 4. Краткая теория

Лабораторная работа 4 Определение модуля Юнга твердых тел динамическим методом Цель работы: Определение модуля Юнга, ознакомление со способом определения модуля Юнга методом стоячих волн. Краткая теория

Подробнее

Испытание осевого вентилятора

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) Испытание осевого вентилятора

Подробнее

Экзаменационный билет 3

Экзаменационный билет 1 1. Реальный объект и расчетная схема. Силы внешние и внутренние. Метод сечений. Основные виды нагружения бруса. 2. Понятие об усталостной прочности. Экзаменационный билет 2 1. Растяжение

Подробнее

ТЕСТЫ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ

ТЕСТЫ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, МЕТОД СЕЧЕНИЙ, НАПРЯЖЕНИЯ Вариант 1.1 1. Прямой брус нагружается внешней силой F. После снятия нагрузки его форма и размеры полностью восстанавливаются.

Подробнее

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Тольяттинский политехнический техникум» (ГБОУ СПО «ТПТ»)

Подробнее

ДРЕВЕСИНА КЛЕЕНАЯ МАССИВНАЯ

ГОСТ 15613.4-78 М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т ДРЕВЕСИНА КЛЕЕНАЯ МАССИВНАЯ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ Издание официальное

Подробнее

Расширение пределов измерения амперметра

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 1 Расширение пределов

Подробнее

Лабораторная работа 5. Краткая теория

Лабораторная работа 5 Определение модуля сдвига по крутильным колебаниям Целью работы является изучение деформации сдвига и кручения, определение модуля сдвига металлического стержня. Краткая теория Модуль

Подробнее

СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ С.Л. Алесковский, С.С. Полищук СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ Журнал лабораторных работ Часть I Иркутск

Подробнее

(шифр и наименование направления)

Дисциплина Направление Сопротивление материалов 270800 — Строительство (шифр и наименование направления) Специальность 270800 62 00 01 Промышленное и гражданское строительство 270800 62 00 03 Городское

Подробнее

Удельные характеристики механических свойств древесины. Древесина — материал естественного биологического происхож­дения

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

Быстрый ответ: древесина прочнее на растяжение или сжатие

Древесина на сжатие на 30% прочнее, чем на растяжение. Древесина сильнее сопротивляется сдвигу поперек волокон, чем параллельно волокнам. Со временем влага испаряется, и это высыхание приводит к усадке, деформации и искривлению древесины. Как правило, лиственные породы дают усадку больше, чем хвойные.

Напряжение сильнее сжатия?

Материалы прочнее при сжатии или растяжении? предел прочности.Хорошо известно, что хрупкие материалы намного прочнее при сжатии, чем при растяжении. Это связано с тем, что под сжимающей нагрузкой поперечная трещина имеет тенденцию к закрытию и поэтому не может распространяться.

Имеет ли древесина хорошую прочность на сжатие?

Прочность на сжатие: нагрузка от 500 кг/см2 до 700 кг/см2 достаточна для проверки прочности древесины. Если создается перпендикулярная сила, то древесина слабее. 500-2000 кг/см2 — диапазон прочности на растяжение. Поперечная прочность: Достаточная прочность на изгиб свидетельствует о хорошем качестве древесины.

Какой самый прочный металл на планете?

С точки зрения прочности на растяжение вольфрам является самым прочным из всех природных металлов (142 000 фунтов на квадратный дюйм).

Есть ли у напряжения направление?

Направление натяжения — это натяжение, которому дается название натяжение. Таким образом, натяжение будет направлено от массы в направлении струны/веревки. В случае с подвешенным грузом нить тянет его вверх, поэтому нить/веревка воздействует на груз сверху, и натяжение будет в верхней части.

В чем разница между растяжением и сжатием?

Сила растяжения – это сила, которая разрывает материалы. Сила сжатия – это сила, которая сжимает материал. Некоторые материалы лучше выдерживают сжатие, некоторые лучше сопротивляются растяжению, а другие хорошо использовать, когда присутствуют как сжатие, так и растяжение.

В каком направлении древесина самая прочная?

Древесина наиболее прочна в направлении, параллельном волокнам.Из-за этого прочностные и жесткостные свойства деревянных конструкционных панелей выше в направлении, параллельном оси прочности, чем перпендикулярном ей (см. рис. 1).

Колонны растягиваются или сжимаются?

В большинстве конструкций колонны всегда действуют как сжимающие элементы, чтобы передавать структурные нагрузки на колонну непосредственно под ней или на фундамент, если это цокольный этаж.

Как древесина выходит из строя при растяжении?

При изгибе возникают напряжения продольного растяжения и сжатия, распределенные по глубине поперечного сечения.Напряжение растяжения приводит к хрупкому разрушению из-за разрыва древесных волокон, как показано на рис.

.

Какова прочность древесины?

Прочность на растяжение хвойных пород параллельно волокнам при содержании влаги 12% обычно находится в диапазоне от 70 до 140 МПа. Прочность на сжатие ниже и обычно находится в пределах от 30 до 60 МПа. Для твердой древесины эти значения, как правило, выше. Эти значения относятся к чистым образцам древесины с прямыми волокнами.

Какая древесина самая прочная?

Общепризнанная самая твердая древесина, lignum vitae (Guaiacum Santum и Guaiacum officinale) имеет силу 4500 фунтов силы (фунт-сила) по шкале Янки.

Как повысить прочность дерева?

Самый простой и эффективный способ укрепить древесину — использовать отвердитель для древесины. В отличие от Polycryl, большинство отвердителей для древесины не растворяются в воде, поэтому они обычно более жесткие и надежные в долгосрочной перспективе. Тем не менее, отвердители древесины в основном действуют на слишком старые куски дерева.

Какова прочность древесины на сжатие?

3. Прочность дерева (Вы здесь.)

Порода древесины Удельный вес* Прочность на сжатие (psi)
Клен, мягкий 0.54 6 540
Дуб, красный 0,63 6 760
Дуб, белый 0,68 7 440
Тополь 0,42 5 540

Какие существуют типы сбоев при сжатии?

Существует три вида разрушения бетонных колонн (сжатых элементов), т. е. разрушение из-за чистого сжатия, комбинированного сжатия и упругой неустойчивости.Обсуждаются эти виды отказов бетонных элементов сжатия.

Какого цвета должна быть качественная древесина?

Какой должна быть окраска качественной древесины? Пояснение: Древесина сердцевины состоит из мертвых клеток, свободных от сока, твердых, темного цвета. Поэтому предпочтительнее темная древесина.

Как направление волокон влияет на прочность древесины?

На прочность древесины в основном влияет направление, в котором она нагружена по отношению к волокнам.В направлении волокон прочность на изгиб прямо пропорциональна плотности древесины. Эластичность и долговечность древесины увеличиваются по мере увеличения ее плотности.

Какая самая редкая древесина на земле?

Lignum Vitae Считающееся одной из самых редких пород дерева на земле, дерево lignum vitae обладает исключительными свойствами, которых вы не могли ожидать раньше. Наиболее отличительной чертой является не что иное, как высокое содержание масла.

Каковы качества хорошей древесины?

Древесина считается хорошей на основании следующих характеристик:

  • Долговечность.
  • Сила.
  • Проницаемость.
  • Твердость.
  • Прочность.
  • Эластичность.
  • Удобообрабатываемость.
  • Вес.

Делают ли сучки древесину прочнее?

Деревянные сучки ослабляют прочность древесины. Фактически, сучки существенно влияют на растрескивание (известное в США как «чек»; известное в Великобритании как «тряска»), деформацию и легкость обработки пиломатериала. Это дефекты, которые снижают ценность пиломатериалов для конструкционных целей, где прочность имеет решающее значение.

Какой самый твердый металл во вселенной?

4 самых прочных и твердых металла на Земле

  1. Вольфрам: самый прочный металл на Земле. Из всех металлов вольфрам лидирует по прочности на растяжение.
  2. Хром: самый твердый металл на Земле. Хром – самый твердый металл, известный человеку.
  3. Сталь: самый прочный сплав на Земле.
  4. Титан.

Какая древесина в Home Depot самая прочная?

Хикори — самая твердая из имеющихся в продаже обычных пород древесины.

Какие недостатки древесины?

Один из самых больших недостатков древесины заключается в том, что различные вредители притягиваются к древесине и могут ее разрушить. Термиты, пчелы-древоточцы, муравьи-древоточцы, пороховые жуки и грибы, пожирающие древесину, — все это распространенные вредители, разрушающие древесину.

Что самое сильное во вселенной?

Описание: Группа ученых рассчитала прочность вещества глубоко внутри коры нейтронных звезд и обнаружила, что это самый прочный из известных материалов во Вселенной.

Какие три основных типа древесины?

Справочник по различным типам древесины (лиственных и хвойных пород)

  • Характеристики лиственных пород.
  • Характеристики хвойных пород.
  • Некоторые исключения для рассмотрения.
  • Использование покрытий.

Какая древесина в Америке самая прочная?

Рейтинговая система Janka Самой твердой имеющейся в продаже твердой древесиной является гикори, и она в пять раз тверже осины, одной из «мягких» лиственных пород.

Какая древесина самая слабая?

Общеизвестно, что бальза действительно самая мягкая и легкая из всех коммерческих пород древесины.

Какой самый прочный металл во вселенной?

Вольфрам

Ранг Тип металла Атомный вес
#1 Вольфрам 183,84 и
#2 Сталь н/д
#3 Хром 51.96 у
#4 Титан 47,87 и

Как узнать, является ли сила растяжением или сжатием?

Когда сила стержня направлена ​​на соединение, к которому он прикреплен, стержень сжимается. Если эта сила направлена ​​​​в сторону от сустава, к которому она прикреплена, член находится в напряжении.

Таблицы технических свойств конструкционных деревянных пиломатериалов | Модуль упругости древесины | Данные проектирования по дереву | Коэффициенты эластичности

Знание проектирования гражданского строительства

В следующей таблице приведены технические характеристики древесины конструкционных пиломатериалов.Модуль упругости древесины, проектные данные по дереву.

Модуль упругости, также называемый модулем упругости при растяжении или модулем Юнга. Коэффициенты эластичности для различных пород древесины при влажности примерно 12% — см. внизу страницы.

Соответствующие технические данные по дереву для пиломатериалов:

33

Таблица технических свойств конструкционных деревянных пиломатериалов
Толщина от 2 до 4 дюймов, ширина от 2 дюймов
Все единицы измерения в фунтах/дюймах 2 (psi)

Размер
(дюймы)
Марка

Extreme Fiber
Напряжение при изгибе
«F b »

Натяжение
Параллельно
по волокну
«F t »

Горизонтальный
Сдвиг
«F v »

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
от 2 до 4 дюймов
шириной
В комплекте:
2×2
2×3
2×4
3×4
4×4
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шпилька
Строительный
Стандартный
Универсальный

3050
2850
2650
2000
1850
1700
1700
1500
1350
850
1100
625
300

3510
3280
3050
2300
2130
1950
1960
1720
1550
980
1270
720
345

1650
16002 1650
1600
1350
1100
1050
900
875
825
775
475
625
350
175

100
100
100
100
100
100
90
90
90
90
100 5 70275 70
90

2–4 дюйма
толщиной,
5–6 дюймов
шириной
Включает:
2×6
3×6
4×6
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

2700
2550
2350
1750
1650
1500
1450
1250
1150
750

3

3100
2930
2700
2010
1900
1720
1670
1440
1320
865

23

1500
1400
1200
950
900
800
775
725
675
425

90
90
90
90
90
90
90
90
90
90

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
шириной 8 дюймов
Включает:
2×8
3×8
4×8
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

2450
2300
2100
1650
1500
1350
1400
1200
1100
700

23

2820
2650
2420
1900
1730
1550
1610
1380
1260
805

3

1350
1300
1100
875
825
725
675
650
600
400

90
90
90
90
90
90
90
90
90
90

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
шириной 10 дюймов
Включает:
2×10
3×10
4×10
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

2150
2050
1850
1450
1300
1200
1200
1050
950
600

3

2470
2360
2130
1670
1500
1380
1380
1210
1090
690

2

1200
1100
950
775
725
650
625
575
550
325

90
90
90
90
90
90
90
90
90
90

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
шириной 12 дюймов
Включает:
2×12
3×12
4×12
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

2050
1900
1750
1350
1250
1150
1150
975
900
575

2360
2190
2010
1550
1440
1320
1320
1120
1040
660

3

1100
1050
900
725
675
600
575
550
525
325

90
90
90
90
90
90
90
90
90
90

Коэффициенты эластичности для различных пород древесины при влажности примерно 12%.

Таблица технических характеристик конструкционных деревянных пиломатериалов
Толщина от 2 до 4 дюймов, 2 дюйма и шире
Все единицы в фунтах/дюймах 2 (psi)

Размер
(дюймы)
Марка

Сжатие
Перпендикуляр
к зерну

Сжатие
Параллельно
по зерну
«F c »

Модуль
из
Эластичность
«E»

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
от 2 до 4 дюймов
шириной
В комплекте:
2×2
2×3
2×4
3×4
4×4
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 Плотная
№ 1
№ 1 Неплотная
№ 2 Плотная
№ 2
№ 2 Неплотная
№ 3 и стойка
Строительная
Стандартная
Универсальная

660
565 660
565
480
660
565
480
660
565
480
565
565
565
565

2250
2100
1950
2000
1850
1700
1850
1650
1600
975
1800
1500
975

1 900 000
1 800 000

000


1 800 000
1 700 000
1 800 000 5 1 700 000

000 1 600 000


1 700 000
1 600 000

000 1 400 000


1 400 000
1 500 000 5 1 300 000
1 300 000

2–4 дюйма
толщиной,
5–6 дюймов
шириной
Включает:
2×6
3×6
4×6
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 Плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

660
565
480
660
565
480
660
565
480
565

2150
2000
1850
1900
1750
1600
1750
1600
1500
925

3

1 900 000
1 800 000 900 000
1 800 000
1 700 000
1 800 000 5 1 700 000
1 600 000
1 700 000
1 600 000
1 400 000
1 400 000

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
шириной 8 дюймов
Включает:
2×8
3×8
4×8
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 Плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

660
565
480
660
565
480
660
565
480
565

2050
1900
1750
1800
1650
1550
1700
1550
1450
875

3

1 900 000
1 800 000 900 000
1 800 000
1 700 000
1 800 000 5 1 700 000
1 600 000
1 700 000
1 600 000
1 400 000
1 400 000

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
шириной 10 дюймов
Включает:
2×10
3×10
4×10
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 Плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

660
565
480
660
565
480
660
565
480
565

2000
1850
1750
1750
1600
1500
1650
1500
1400
850

3

1 900 000
1 800 000 900 000
1 800 000
1 700 000
1 800 000 5 1 700 000
1 600 000
1 700 000
1 600 000
1 400 000
1 400 000

от 2 до 4 дюймов
толщиной,
шириной 12 дюймов
Включает:
2×12
3×12
4×12
Плотная Выберите Structural
Выберите Structural
Неплотная Выберите Structural
No.1 Плотный
№ 1
№ 1 Неплотный
№ 2 Плотный
№ 2
№ 2 Неплотный
№ 3 и шип

660
565
480
660
565
480
660
565
480
565

1950
1800
1700
1700
1600
1500
1600
1450
1350
825

3

1 900 000
1 800 000 900 000
1 800 000
1 700 000
1 800 000 5 1 700 000
1 600 000
1 700 000
1 600 000
1 400 000
1 400 000

 


Ссылка на эту веб-страницу :

© Copyright 2000 — 2022 , by Engineers Edge, LLC
www.engineeringedge.com
Все права защищены
Отказ от ответственности | Обратная связь
Реклама | Контакт

Прочность древесины на растяжение при температурах и влажности, имитирующих условия пожара

  • Back, E.L.; Эстман, Б.А.-Л. 1983: Жесткость и прочность на растяжение ДВП во влажном и температурном диапазоне, имитирующем использование снаружи. Лес Прод. Журнал 33 (6): 62–68

    Google Scholar

  • Назад, Э.л.; Салмен, Л.; Ричардсон, Г. 1983: Переходные эффекты сорбции влаги на прочностные свойства бумаги и древесных материалов. Свенск Папперстид. 86 (6): R61-R71

    Google Scholar

  • Чоу, С.-З.; Пиклз, К. Дж. 1971: Термическое размягчение и разложение древесины и коры. Древесное волокно 3: 166–178

    Google Scholar

  • Gerhards, CC 1982: Влияние влажности и температуры на механические свойства древесины: анализ немедленных эффектов.Древесное волокно 14 (1): 4–36

    Google Scholar

  • Хадвиг, С. 1981: Обугливание древесины при пожарах в зданиях. Практика, теория, приборы, измерения. Технический университет Дании, Люнгбю, 238 с.

    Google Scholar

  • Йохансон Ф.; Бэк, Э. Л. 1966: Термическое размягчение сухих лигноцеллюлозных материалов. Свенск Папперстид. 69 (6): 199–205

    Google Scholar

  • Кельбле, Д.H. 1971: Физическая химия адгезии. Нью-Йорк: Wiley-Interscience

    Google Scholar

  • Китахара Р.; Мацумото, Т. 1974: Температурная зависимость динамических механических потерь древесины. Дж. Яп. Вуд Рез. соц. 20 (8): 349–354

    Google Scholar

  • Кнудсен, Р. М.; Шнивинд, А. П. 1975: Характеристики деревянных конструкций, подверженных воздействию огня. Лес Прод. Дж.25 (2): 23–32

    Google Scholar

  • Коллманн, Ф. 1940: Die mechanischen Eigenschaften verschieden feuchter Hölzer im Temperaturbereich von -200°C до +200°C. VDI-Forschungsh. 403 (11): 1–18 Берлин: VDI-Verlag

    Google Scholar

  • Коллманн, Ф. 1956: Untersuchungen über die Querzugfestigkeit der Hölzer. Форств. Cbl 75: 304–318

    Google Scholar

  • Коллманн, Ф.1960: Die Abhängigkeit der elastischen Eigenschaften von Holz von der Temperatur. Хольц Рох-Веркстофф 18: 308–314

    Google Scholar

  • Коллманн Ф.; Котэ, Вашингтон, 1968: Принципы науки и технологии древесины. I. Твердая древесина. Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer

    Google Scholar

  • Куфнер, М. 1978: Elastizitätsmodul und Zugfestigkeit von Holz verschiedener Rohdichte in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt.Хольц Рох-Веркстофф 36: 435–439

    Google Scholar

  • Леонтьев Н.Л. 1960. Прочность древесины при различной влажности. (на русском языке) Дерев. Выпускной вечер. 10: 15

    Google Scholar

  • Найман, К. 1980: Влияние температуры и влажности на прочность деревянных и клеевых балок. (на финском). Центр технических исследований Финляндии (VTT). Отчет Лаборатория лесных товаров № 6

  • Салмен, Н.л.; Бэк, Э. Л. 1977а: Простые измерения напряжения-деформации на сухой бумаге при температуре от -25°C до 250°C. Свенск Папперстид. 80 (6): 178–183

    Google Scholar

  • Салмен, Н.Л.; Бэк, Э. Л. 1977b: Влияние воды на температуру стеклования целлюлозы. Таппи 60 (12): 137–140

    Google Scholar

  • Salmén, NL 1979: Термическое размягчение составов бумаги: его влияние на механические свойства.Сделки 5 (3): 45–50

    Google Scholar

  • Салмен, Н.Л.; Бэк, Э. Л. 1980: Термическое размягчение бумаги в зависимости от влажности, оцениваемое по ее модулю упругости. Таппи 63 (6): 117–120

    Google Scholar

  • Салмен, Н.Л.; Назад Э. Л. 1982: Стеклование древесных компонентов имеет значение для процессов формования и производства целлюлозы. Таппи 65 (7): 107–110

    Google Scholar

  • Шаффер, Э.Л. 1973: Влияние пиролитических температур на продольную прочность сухой пихты Дугласа. Дж. Тест. оценка 1 (4): 319–329

    Google Scholar

  • Шаффер, Э. Л. 1977: Состояние огнестойкости деревянных конструкций. Древесное волокно 9:145–170

    Google Scholar

  • Тан, Р. К.; Хсу, Н. Н. 1972: Динамические модули Юнга древесины в зависимости от содержания влаги. Wood Science 5 (1): 7–14

    Google Scholar

  • Белый, р.ЧАС.; Шаффер, Э. Л. 1981: Переходный градиент влажности в деревянной плите, подвергшейся воздействию огня. Древесное волокно 13: 17–38

    Google Scholar

  • Ю ДеСин; Эстман, Б.А.-Л. 1983: Прочность на растяжение древесно-стружечных плит при различных температурах и влажности. Хольц Рох-Веркстофф 41: 281–286

    Google Scholar

  • CE Center — Устойчивость: почему важен выбор материала

    Атрибуты материала

    Единой физической меры упругости строительного материала не существует.Когда оценивается упругость материала, должны быть оценены все основные свойства материала. Для конструкционного каркасного материала, такого как конструкционная сталь, бетон или дерево, к ним относятся: долговечность, прочность, эластичность, ударная вязкость, горючесть и устойчивость к разложению.

    Долговечность

    Долговечность — это способность материала противостоять внешним силам при минимальном износе, усталости или повреждении. В статье 1994 года, написанной Lewry и Creswdon, было определено несколько факторов, влияющих на долговечность продукта.К ним относятся выветривание, стресс, биологическая атака, несовместимость и использование. Lewry и Crewdon предполагают, что контекстуальная оценка этих причин является лучшим способом определения существенных причин деградации и что лучшим показателем, который можно использовать для измерения долговечности, является срок службы продукта.

    Оценки срока службы материалов каркасной системы доступны из различных источников, но следуют той же общей схеме, которая указана ниже.

    Согласно исследованиям CostModeling, сталь

    имеет самый высокий срок службы как в нежилых помещениях, так и в конструкциях опор электропередач по сравнению с бетоном и деревом.ком и ИВЛ-НИИ.

    Кроме того, из трех материалов древесина заняла последнее место по долговечности в опросе 910 специалистов по проектированию и строительству, проведенном FMI Management Consultants. Хотя и бетон, и сталь были высоко оценены, долговечность стали считалась ее главным преимуществом.

    Прочность

    Сталь является самым прочным из типичных строительных материалов. Расчетная прочность большинства горячекатаных профилей из конструкционной стали, используемых сегодня, составляет 50 тысяч фунтов на квадратный дюйм (50 000 фунтов на квадратный дюйм) как при растяжении, так и при сжатии, а в особых случаях используются профили с прочностью до 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм.Прочность бетона на сжатие обычно составляет от 3 до 5 тысяч фунтов на квадратный дюйм, а в некоторых случаях требуется высокопрочный бетон с прочностью на сжатие до 15 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Прочность бетона на растяжение составляет в среднем около 10 процентов от прочности бетона на сжатие или в диапазоне 0,5 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Слабость бетона при растяжении требует добавления арматурной стали в балки и колонны здания. Прочность древесины на сжатие зависит от сорта древесины, содержания влаги и от того, приложена ли нагрузка параллельно или перпендикулярно волокнам древесины.Лиственные породы имеют прочность на сжатие параллельно волокнам в диапазоне от 7 до 10 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1 тысяча фунтов на квадратный дюйм перпендикулярно волокнам), в то время как хвойная древесина находится в диапазоне от 5 до 8 тысяч фунтов на квадратный дюйм параллельно волокнам (менее 1 тысячи фунтов на квадратный дюйм перпендикулярно волокнам). Прочность древесины на растяжение перпендикулярно волокнам составляет в среднем около 1 тыс. фунтов на кв. дюйм. В то время как древесина относительно слаба при растяжении перпендикулярно волокнам, она прочна при растяжении параллельно волокнам, демонстрируя прочность в диапазоне 10 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

    Тот факт, что прочность на сжатие и растяжение конструкционной стали одинакова, является основным фактором способности системы каркаса из конструкционной стали противостоять экстремальным явлениям и реагировать на них.В экстремальных случаях конструкция часто испытывает непредвиденные нагрузки. Во многих случаях это не просто увеличение ожидаемой нагрузки, а неожиданный переход элемента конструкции из состояния сжатия в состояние растяжения. Одинаковая способность стали выдерживать сжимающие и растягивающие нагрузки помогает смягчить любой отказ, который может возникнуть в результате этого состояния.

    Прочность на растяжение = 5,77 Н/мм2 из-за реакции древесины и общего волокна…

    Контекст 1

    … за специальный период наблюдений было изготовлено 4886 (!) стержней со средним свободным пролетом около 12,9 м, и все они были подвергнуты механическим испытаниям с использованием устройства, как показано на рисунке 1. Испытываемый объем составляет примерно одну тысячу кубических метров конструкционной древесины и около 30 000 пальцевых соединений были испытаны на растяжение. Перенесенная на указанную длину испытательного образца, в соотв. согласно EN 408 [12] в девять раз большего размера поперечного сечения, это будет примерно равно 39 000 испытаний со свободным пролетом 1.6 м. Древесина (ель и сосна) различного поперечного сечения (65 мм < ширина < 125 мм, 105 мм < высота < 285 мм) сортировалась в соотв. DIN 4074 [2] до класса S10 с помощью визуального контроля и рентгеновского сканера. Соединения пальцев, отвечающие требованиям в соотв. EN 385 [1], характеризовались длиной пальцев 20 мм и расстоянием между пальцами 5 мм. Специально для того, чтобы выяснить риск возможного повреждения материала при испытательной нагрузке на растяжение, было применено двойное напряжение материала, так что это приводит к повторению нагрузки.Как показано на рисунке 2, сначала был установлен контрольный уровень 7 9 контрольный уровень_2 Н/мм2, а после короткого сброса был установлен контрольный уровень 8 контрольный уровень_1 8 Н/мм2. Скорость нагружения, в зависимости от фактического поперечного сечения, находилась в диапазоне от 10 до 60 кН/с, а уровни прочности составляли выдержку не менее 1,5 с. В течение всего 4 времени загрузки около 15 секунд данные (время, сила растяжения 3, удлинение торцевого зерна) регистрировались 2 автоматически с частотой 4 Гц. Всего 65 стержней (из 4886 шт.) не выдержали испытаний на двойную нагрузку из-за разрушения материала или соединений.37 стержней вышли из строя до снятия напряжения в первый раз (≤ 7 Н/мм2) и 28 стержней в течение второго шага пробного нагружения (≤ 8 Н/мм2). Только 2 из тех стержней, которые вышли из строя на втором этапе, вышли из строя на уровне ниже уровня проверки_1, что указывает на то, что они были повреждены. Степень повреждения, выраженная в виде потери прочности, находилась в пределах от 9 до 12 %. Частотное распределение предела прочности при растяжении 24 всех сломанных образцов показано на рис. 3. 22 Примечательно, что наблюдается близкое к нулю накопление 20 .Это связано с тем, что образцы с частотой 18 16 14 почти состыкованными из-за недостатков «нет прочности» связаны в совокупности с производством. разломы пальца Остаток 12 нижнего хвоста абсолютного распределения прочности 10 показывает ожидаемую характеристику безудержного 8 увеличения отказов с увеличением прочности на растяжение 6. Доминирующей причиной разрушения в нижней части распределения прочности было, как показано на рисунке 4, разрушение древесины на уровне 70,9 %. Анализ отказов также показывает, что не шиповые соединения, а локальное отклонение волокон, часто связанное с 50% окружающей площадью сучков, скоплениями сучков или 45% 44,0% сломанной верхушкой дерева, таким образом, является основной причиной 40% отказов.Следует отметить, что многие из [%] 35% признаков, вызывающих сбой, могли быть обнаружены только сбоями 30% 29,1% при использовании сложной градации и процедуры. по-видимому Это не было 25% подтверждено при тщательном рассмотрении сломанных 20% 17,4% Причины 15% 9,5% штук Таким образом, в отношении, связанном с классификацией, классификация представляет критерии. 10-процентный ограничивающий фактор для конструкционной древесины из этого 5-процентного производства. На следующих рисунках показаны некоторые типичные примеры серьезных дефектов древесины, которые можно обнаружить с помощью пробной нагрузки на растяжение.На рис. 5 показано сильное локальное отклонение волокон, вызванное сломанной верхушкой дерева, что приводит к низкой прочности на растяжение. Также было замечено, что не только один дефект вызывает отказ, а скорее, как показано на рисунке 6, это комбинация. Повреждения при сжатии возникают из-за деформации древесных волокон в результате чрезмерных сотрясений при сжатии вдоль волокон. Они могут развиваться на стоящих деревьях из-за высоких нагрузок от бури или снега. Они также могут возникать в результате нагрузок, вызванных неумелым обращением или неправильным обращением....

    Оценка прочности клееного бруса из сосны обыкновенной на растяжение перпендикулярно волокнам методом испытаний на трехточечный изгиб | Journal of Wood Science

    Прочность древесины на растяжение чрезвычайно высока параллельно волокнам и чрезвычайно низка перпендикулярно волокнам. Стандарты проектирования деревянных конструкций в Японии определяют предел прочности при растяжении параллельно волокнам, но не определяют предел прочности при растяжении перпендикулярно волокнам. Одной из причин этого является экспериментальная трудность оценки предела прочности при растяжении перпендикулярно зерну.

    Методы испытаний, используемые для оценки прочности древесины на растяжение перпендикулярно волокнам с помощью экспериментов на растяжение и изгиб, описаны в JIS Z 2101 [1], ASTM D143-14 [2] и ISO 13910 [3]. Метод испытания на растяжение показан на рис. 1. В методе, показанном на рис. 1а [1], напряжение равномерно прикладывается к центру образца; однако при удалении от центра напряжение становится неравномерным, а концентрация напряжений увеличивается [4]. Экспериментальные исследования также показали, что образцы для испытаний на растяжение, показанные на рис.1а [1] разрываются в основном в дуговой области [5]. В способе, показанном на рис. 1б [2], напряжения действуют неравномерно, а концентрация напряжений очень велика [4]. Метод, показанный на рис. 1с [3], дает разные значения прочности на растяжение в зависимости от размеров [6, 7]. Это связано с влиянием размерных эффектов статистической теории Вейбулла. В ISO 8375 [8] также указан метод, показанный на рис. 1с, где образец имеет следующие размеры: h  = 400 мм, b  ≥ 100 мм и b  ×  70 мм2  2,0=00 .{0.2} ,$$

    (1)

    , где f t 90 — прочность на растяжение перпендикулярно волокнам, F ult — значение приложенной нагрузки при разрушении.

    Рис. 2

    Метод испытаний на изгиб (ISO 13910 [3])

    Уравнение (1) равно 1/3 максимального напряжения изгиба согласно теории Бернулли–Эйлера, умноженного на коэффициент размерного эффекта. Умножение на коэффициент размерного эффекта нормализует предел прочности при растяжении до эквивалентного значения для куба бруса с длиной стороны, равной 800 мм.Этот метод испытаний дает прочность на растяжение наименьшего граничного предела.

    Кувамура [5] выполнил испытание на изгиб, показанное на рис. 2 (для образца высотой 20 мм, шириной образца 30 мм и расстоянием между точками опоры 100 мм), и испытание на растяжение, показанное на рис. такой же кусок дерева. Они сообщили, что результат прочности на изгиб был немного выше, но незначительно отличался от прочности на растяжение. Йокобори [9] объяснил, что размерный эффект в случае градиентов напряжения, например, из-за изгиба, обусловлен разницей в среднем значении напряжения на постоянной длине t , как показано на рис.3. Эти результаты показывают, что трудно определить предел прочности при растяжении перпендикулярно волокнам с помощью испытания на растяжение и что при использовании испытания на изгиб в дополнение к влиянию размера образца необходимо учитывать влияние разности средних значений напряжений на постоянной длине.

    Рис. 3

    Размерный эффект градиента напряжения

    В абсолютно хрупком материале, содержащем трещину, весь процесс разрушения под действием растягивающей нагрузки происходит в вершине трещины.Однако во многих материалах, таких как бетон и дерево, процесс разрушения не ограничивается точкой, а происходит в пределах определенной длины, называемой зоной процесса разрушения, которая выходит за вершину трещины. Эта зона процесса разрушения считается одной из причин влияния размера на прочность на изгиб.

    Hillerborg et al. В работе [10] предложена фиктивная модель трещины, представляющая собой аналитический метод, позволяющий оценить влияние этой зоны процесса разрушения. На рис. 4 представлены аналитические результаты модели фиктивной трещины для испытаний бетона на трехточечный изгиб без надреза [11], где прочность, l ch – характерная длина, а σ i – начальное напряжение.В случае σ i  = 0 прочность на изгиб уменьшается по мере увеличения высоты балки d и асимптотически приближается к прочности на растяжение. Модель фиктивной трещины также применялась к дереву, и Бострем [12] применил модель фиктивной трещины к компактному растянутому образцу древесины и сообщил о влиянии различных свойств материала на результаты эксперимента.

    Рис. 4

    Результаты конечно-элементного анализа. Рисунок был первоначально опубликован в Ref.В работе [11] и приведенной здесь с некоторыми изменениями

    Бажан предложил ряд общих уравнений для описания размерного эффекта зоны процесса разрушения путем асимптотического анализа энерговыделения.{2} \cdot D_{b} }}{D }} ,$$

    (3)

    Откуда B — это образец ширина, D — это образцы образца, F R R — номинальная прочность изгиба ( F R = 6 м Макс / BD 2 ), M M MAX MAX — максимальный момент изгиба, F R∞ R∞ — номинальная сила изгиба для очень большой высоты образца, а D B B B B B является постоянной длиной.{1/r}, $$

    (4)

    где r — произвольная положительная константа. Уравнение (2) используется, когда r  = 1, а уравнение (3) используется, когда R = 2.

    Уравнения (2-4) Показать, что как образец высоты D / D B увеличение, F R / f r∞ уменьшается и приближается к 1,0, аналогично результатам для σ i  = 0 на рис.{1/r} ,$$

    (5)

    , где м — модуль Вейбулла, а n — число пространственных измерений ( n  = 1, 2 или 3; в настоящих расчетах 2).Согласно существующим тестовым данным для бетона, F R ∞ = 3.68 N / мм 2 , D B = 15,53 мм, R = 1,14 и м / млн.  = 12 являются оптимальными [17].

    Aicher [18] оценил влияние размера на предел прочности при растяжении перпендикулярно зерну в образцах балки с надрезом из европейской ели ( Picea abies ) с помощью закона размерного эффекта Бажана [13] и определил длину зоны процесса разрушения .Однако ни в одном из предыдущих исследований закон размерного эффекта Бажанта [17] не применялся к древесине без трещин. Таким образом, в этом исследовании взаимосвязь между высотой образца и прочностью на изгиб была исследована путем проведения испытаний на изгиб в трех точках на образцах клееного бруса из сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris ) различной высоты. Кроме того, параметры были получены из соотношения между высотой образца и прочностью на изгиб, чтобы соответствовать уравнению. (5). Поскольку f r∞ в уравнении(5) считается очень близким к прочности на растяжение, мы также исследовали высоту образца, при которой прочность на изгиб примерно равна прочности на растяжение.

    № 2688: Удельная прочность

    Сегодня дерево или металл? Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет этот сериал о машинах, которые делают нашу цивилизацию run, и люди, чья изобретательность создала их.

    Позвольте мне спросить вас: насколько прочным является материал? Мы могли бы ответить, сообщив, сколько фунтов на квадратный дюйм напряжения это займет, прежде чем он сломается. Но как насчет веса? Сталь очень прочная, но и очень плотный. Итак, мы должны спросить, сколько тонн конструкции нужно нести определенный груз.

    Я подумал об этом, когда нашел небольшую статью в журнале 1914 г. Журнал Scientific American о «Цельностальном самолете.» В первом предложении говорится: «Это любопытная аномалия, что в этот век стальной конструкции [так много дерева используется в] строительстве … самолетов». Разумеется, ранние самолеты должны были быть легкими и прочными. Но они также должны были быть достаточно жесткими, чтобы сохранять свою аэродинамическую форму. вопросы эти новые летающие конструкции.


    Деревянный каркас самолета Thomas Morse S-4 «Scout» американской постройки 1917 года на Музей полетов пионеров в Кингсбери, штат Техас.Это была типичная конструкция самолета того времени.

    Итак, рассмотрим нечто, называемое удельной прочностью материала — его разрушающее напряжение, деленное на его плотность. Пробковая древесина имеет умеренную прочность на растяжение. прочность, но при этом очень легкая. Так что его удельная сила на самом деле в два раза больше стали!

    Удельная прочность имеет четкий физический смысл. В гравитации Земли поле — это длина самого длинного подвесного стержня, который не сломается там, где он прикреплен под собственным весом.Представьте, что вы разматываете сталь провод с высоты над землей. Этот провод, наконец, оборвется, когда он достигает длины 16 миль. Висячий стержень из бальзы должен быть длиной 33 мили. задолго до того, как он рухнул под собственным весом.

    Алюминий или хорошая бумага ломаются раньше, чем сталь. Стержень из углеродные нанотрубки могут достигать пяти тысяч миль в длину, прежде чем они сломаются. И так далее.

    Итак, мы вернулись к статье 1914 года, в которой предлагался стальной самолет.Немец В следующем году авиастроитель Юнкерс изготовил цельнометаллический самолет. Это было просто любопытство, но вскоре другие начали строить самолеты из трубчатой ​​стали кадры.

    А теперь подумайте: деревянный элемент равной прочности весит больше, чем стальной. член, но как сделать конструкцию самолета жесткой? Это было проще делать с дровами. Для цельнометаллического самолета пришлось изобретать более креативно металлические конструкции.И, конечно же, нам помогла растущая доступность из дешевого алюминия — в 1914 году он все еще был чем-то вроде редкого чудо-металла.

    Когда я недавно делал передачу про бетонные корабли, друг спросил, как в может ли бетонный корабль плавать? Конечно, тот же вопрос может быть — спросил стальной самолет. Самолеты и корабли уносят нас с привычной земли. Оба делают это, полностью используя свойства материалов, из которых мы формируем их.

    Итак, последний пример: у стекла есть разрывная длина 83 мили. Это очень, очень сильный. И все же нам нужно было бы только постучать по этому подвесному стержню чайной ложкой, чтобы разрушить его. Это прекрасное напоминание о том, как умные инженеры должны извлекать выгоду из силы. и ходить вокруг слабости в то же время. Когда мы это сделаем, мы сможем сделать самые странные материалы служат нам самым неожиданным образом.

    Я Джон Линхард из Хьюстонского университета, где нас интересует, как изобретательные умы Работа.

    (Музыкальная тема)

    См. статью в Википедии о Удельная сила. См. также этот правительственный отчет о производства алюминия за последнее столетие.

    Цельнометаллический самолет. Scientific American , суббота, 16 мая 1914 г. Стр. 408.

    Очень уместны в вопросе об удельной силе текущие соображения о возможности строительства «космического лифта» для доставки людей и грузов на геостационарную орбиту.см., например, вид 1993 года в эпизоде ​​​​859 или более позднем Статья в Википедии на эту тему.

    Инженеры-строители оценят, насколько мне пришлось уклоняться от множества проблем в мои ограниченные временные рамки — механика разрушения при растяжении, роль напряжения изгиба, ферма макеты и многое другое в структурном проектировании, надлежащее изучение жесткости в дизайне, роль включений и дефектов и их отношение к размерам при разрушении материалов.И так далее.

    Спасибо мех.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.