Прочность древесины таблица: Таблица прочности древесины

Содержание

Таблица прочности древесины

В соответствии с видом напряжённого состояния и направлением усилий по отношению к волокнам и годичным слоям различают П. Испытания древесины на прочность проводят стандартными методами на чистых без пороков малых базисное сечение 20X20 мм образцах при статич. По результатам большинства испытаний определяется предел П. Форма, размеры образцов и схемы осн. Испытывают серии образцов и полученные результаты подвергают статистич. Показатели П.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КОСОЙ ШУРУП — САМОЕ ПРОЧНОЕ И НАДЁЖНОЕ СОЕДИНЕНИЕ НА САМОРЕЗ — ИСПЫТАНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ

Физико-механические свойства древесины


Главным критерием качества древесины разных пород есть ее физико-механические свойства. Среди механических свойств древесины прочность является наиважнейшим показателем ее качества. Так, древесина лучше выдерживает действие сил вдоль волокон, при действии сил поперек волокон прочность ее резко снижается. Способность древесины к расщеплению даже при небольших нагрузках необходимо учитывать на всех этапах ее обработки.

Существенным показателем качества древесины является и ее твердость, то есть способность сопротивляться обработке режущими инструментами и вообще проникновению в массив древесины других тел. Так, в нижней части ствола твердость больше, чем в верхней.

Годичные кольца имеют значительно большую твердость, чем межкольцевые образования. Кроме этого, древесина имеет более твердую структуру в корневище, сучьях и наростах капах. Прочность — способность древесины сопротивляться воздействующим на нее усилиям.

Этот параметр древесины зависит от ряда причин. Плотная, тяжелая древесина обычно обладает большой прочностью. Прочность быстро уменьшается с увеличением влажности и при наличии пороков. Древесина хорошо сопротивляется действию сил, растягивающих или сжимающих деталь вдоль волокон, и изгибающих сил, направленных поперек волокон.

Значительно ниже сопротивление древесины сжатию поперек и раскалыванию вдоль волокон. Показатели прочности древесины некоторых пород приведены в таблице 1. Пластичность — способность древесины изменять без разрушения под давлением свою форму и сохранять ее после снятия нагрузки. Для использования древесины в строительстве нужно, чтобы она обладала нормальным строением, не имела недопустимых пороков, легко поддавалась обработке, не изменяла приданной ей формы, хорошо сопротивлялась внешним усилиям и противостояла атмосферным и другим климатическим воздействиям.

Среди физических свойств древесины особо выделяют плотность и влажность. Условная плотность древесины — это отношение минимальной массы к максимальному объему образца.

Влажность — физическое свойство древесины, характеризующееся количеством содержащейся в ней влаги. Микроструктура древесных волокон такова, что влага лучше всего проникает через торцевые поверхности.

Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находящаяся в полостях клеток и межклеточном пространстве, называется свободной, а в клеточных стенках — связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевают процентное соотношение массы заключенной в ней влаги к массе абсолютно сухой древесины. В таблице 3 приведены показатели средней влажности древесины в свежесрубленном состоянии.

Способность древесины поглощать или отдавать влагу называется гигроскопичностью. Это свойство вызывает в древесине два взаимно противоположных явления — усушку и разбухание. Усушка — потеря объема древесины вследствие испарения из нее влаги рис. Размеры усушки прямо пропорциональны степени убывания влажности древесины. Следует иметь в виду, что в различных направлениях древесина усыхает неодинаково.

Усушка и коробление: a-продольное коробление; б-поперечная усушка и коробление; в,г-деформация бруска с различным расположением годовых слоев; д-деформация бруска с сердцевинным расположением годовых слоев; е-продольная покоробленность без крыловатости; ж-поко-робленность с крыловатостью.

Разбухание — процесс, обратный усушке. Неравномерность усушки или разбухания древесины ведет к ее растрескиванию, искривлению, деформации деталей изделия.

Теплопроводность — способность древесины проводить тепло от одной поверхности к противоположной. Степень теплопроводности древесины зависит от ее влажности и объемного веса. Влажная древесина имеет более низкий коэффициент влажности. Объемный вес древесины зависит от породы. Хвойные породы имеют меньшую плотность древесины, а следовательно, и меньшую теплопроводность.

Очевидно превосходство по теплопроводности дерева над кирпичом, поскольку кирпичные стенки толщиной мм в два кирпича обладают такими же термоизоляционными свойствами, как и стена из деревянного бруса толщиной мм.

Понятно, что по стоимости эти материалы несравнимы. Поэтому в таком доме будет тепло даже в самый лютый мороз.

Последнее обстоятельство становится решающим при выборе вида древесины для строительства деревянных домов. Звукопроводность — способность древесины проводить звук. Нужно отметить, что звук в различных направлениях распространяется с неодинаковой силой. Так, звукопроводность древесины вдоль волокон в 4 — 5 раз выше, чем поперек волокон. К недостаткам древесины относят высокую гигроскопичность, благодаря которой древесина хорошо впитывает влагу из воздуха, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают.

Избыток влаги в древесине резко ухудшает ее физико — механические свойства. В процессе сушки влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает качество конструкции.

Кроме того, древесина обладает естественными пороками сучки, трещины, смоляные карманы , а высокая ее горючесть. Столярные изделия из натуральной древесины нуждаются в постоянном обновлении защитного покрытия. Наибольшее применение в строительстве получили бревна из древесины хвойных пород: сосновые, еловые, пихтовые, из лиственницы и кедра.

Бревном считают лесоматериал, имеющий толщину в торце не менее 14 см, длину 4 — 4,5 м. Из древесины лиственных пород наибольшее применение получили бревна из бука, березы, липы, ольхи, осины и тополя. Бревна должны быть очищены от сучьев вровень с поверхностью, опилены под прямым углом к продольной оси, окорены и иметь припуск по длине в соответствии с действующими стандартами.

Влажность бревен, предназначенных для конструкций, длительно находящихся в увлажненном состоянии, а также для свай и бревен, поставляемых сплавом, не ограничивается см. Для Сруба предпочтительнее всего кедр, но не во всяком регионе нашей страны можно прибрести древесину этой породы. Поэтому его часто заменяют сосной или даже елью. Круглый лес в зависимости от толщины в верхнем отрубе подразделяется на мелкий см , средний см и крупный 25 см и более.

При строительстве сруба обычно применяют бревна диаметром см в средней части , а длина их составляет от 4 до 6 м. Идеальным является вариант применения оцилин-дрованных бревен, которые в настоящее время можно приобрести в розничной и оптовой торговле.

Оцилиндрованными называются бревна, которые пропущены через специальное оборудование и имеют постоянный диаметр по всей длине.

Сооружение сруба из таких бревен значительно упрощается, не говоря уже о качестве. Если же для строительства дома приобретен обычный круглый лес, то его следует сортировать по диаметру при покупке. Если лес закуплен в лесосеке на корню, то в этом случае нужно очень сильно потрудиться, чтобы довести его до кондиционного состояния.

Деревья перед рубкой лучше всего ошкурить, дать возможность древесине подсохнуть в лесу и только после этого приступают к его валке. Для валки необходимо подрубить дерево топором со стороны, в которую будет падать ствол. При этом нужно учитывать, что высота пня не должна превышать 10 см от уровня земли, а валку осуществляют в сторону наклона дерева.

Под первое дерево, На место его вероятного падения, укладывают лежку диаметром см и длиной 2 м. Пилить ствол нужно так, чтобы недопиленная его часть составляла ,5 см, а после этого жердью раскачивают дерево в нужном направлении до падения.

Последующие деревья нужно стараться валить на предварительно сваленные, что облегчит их дальнейшую обработку. После того, как все деревья свалили, приступают к обрубке сучьев и разрезанию бревен по необходимой длине. Немаловажен факт времени года, когда рубится лес. За зиму питательные вещества накапливаются в стволе, чтобы весной в виде сахарного сиропа подняться до каждой набухшей почки.

В начале лета интенсивность влагодвижения также велика и активна. Лишь в августе процессы жизнедеятельности дерева начинают затихать. Дерево приостанавливает Свое развитие и к концу осени засыпает. Отсюда меньше изломов и ненужных деформаций. Застывшая древесина в пору отдыха становится легкой, что в значительной степени сказывается на качестве материала. В старину у нас были созданы простые правила, запрещающие Рубку леса в неназначенный день.

Считалось, что самое сильное дерево, способное сопротивляться огню, можно получить только в один день в году, 1 марта, и лучше всего после захода солнца. Рубку леса, предназначенного для изготовления мебели, проводили в первые восемь дней после новолуния в декабре. Материал остается крепким, менее влагопроницаем, сохраняет объем, что важно для стыковочных граней.

Древесину для поделок следует рубить в новолуние ноября. Стволы тут же нужно освободить от коры, пока жук-короед не отложил свои личинки в пористые ложбинки срубленной мякоти. Для строительства мостов и лодок лучше брать лес в марте и, желательно, при убывающей луне. Такие бревна более устойчивы к гниению.

Дерево может расти прямо, вертикально вверх или закручиваться вправо или влево. Замечено, что срубленное дерево, закручивающееся влево, крепче, чем закручивающееся вправо или растущее прямо. И молния почему-то ударяет в дерево с левой закруткой. Виды пиломатериалов: а-пластина; б-двухкантный брус; в-необрезная доска; г-четвертина; д-четырехкантный брус с обзолом; е-подуобрезная доска с обзолом; ж-чистообрезной брус; з-горбыль; и-обрезная доска; к-строганные шпунтованные доски; 1-пласть; 2-кромка; 3-ребро; 4-торец; 5-обзол.

Основные виды пиломатериалов показаны на рис. Доски высшего сорта применяют в судо- и вагоностроении. Доски I и II сорта применяют для устройства полов, столярных изделий, несущих балок, клееных конструкций и т. Доски III сорта используют для подшивки потолков под штукатурку, IV сорт — для крышной обрешетки, заборов и т.

Доски V сорта используют в щитовых перегородках, для изготовления ящичной тары и т. Соответственно, противоположная сторона именуется нижней. Ширина — размер, определяемый расстоянием между кромками доски или бруса в направлении перпендикулярном продольной оси. Ширина обрезной доски измеряется по широкой пласти в месте, где нет обзола, но не ближе мм от торца.


СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА ТВЕРДОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

Е ще пару веков назад ни сельское хозяйство, ни строительство, ни промышленность не обходились без древесины. Не потеряла она своего важного значения и сегодня, несмотря на то что появилось много новых материалов, вытеснивших древесину из различных областей ее применения. Кроме того, возникли новые направления и сферы использования этого материала — медицина, текстильная, деревоперерабатывающая и химическая промышленность, появились новые строительные технологии, в которых древесина оказалась незаменима. Но что она представляет собой? От чего зависят свойства древесины? Именно он и является строительным материалом. Точнее, не весь ствол, а только определенная его часть — древесина.

Прочность древесины при статическом изгибе. Так как прочность древесины при сжатии вдоль волокон значительно меньше, чем Таблица

Свойства древесины разных пород

Главным критерием качества древесины разных пород есть ее физико-механические свойства. Среди механических свойств древесины прочность является наиважнейшим показателем ее качества. Так, древесина лучше выдерживает действие сил вдоль волокон, при действии сил поперек волокон прочность ее резко снижается. Способность древесины к расщеплению даже при небольших нагрузках необходимо учитывать на всех этапах ее обработки. Существенным показателем качества древесины является и ее твердость, то есть способность сопротивляться обработке режущими инструментами и вообще проникновению в массив древесины других тел. Так, в нижней части ствола твердость больше, чем в верхней. Годичные кольца имеют значительно большую твердость, чем межкольцевые образования. Кроме этого, древесина имеет более твердую структуру в корневище, сучьях и наростах капах. Прочность — способность древесины сопротивляться воздействующим на нее усилиям.

Прочность древесины: виды испытаний и формулы

Раздел недели: Символы и обозначения оборудования на чертежах и схемах Техническая информация тут. Перевод единиц измерения величин Таблицы числовых значений Алфавиты, номиналы, единицы Математический справочник Физический справочник Химический справочник Материалы тут Рабочие среды Оборудование Инженерное ремесло Инженерные системы Технологии и чертежи Личная жизнь инженеров Калькуляторы. Поставщики оборудования. Полезные ссылки.

Значение твердости древесины для каждого вида находится в определенном диапазоне, который в таблице не приводится.

Таблица твёрдости древесины

Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, ее определяют и измеряют образцами древесины. Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангентальном направлении. По направлению действия силы нагрузок различают прочность древесины на сжатие, изгиб, скалывание, растяжение.

Твердость древесины

Дорогие друзья! К сожалению, Ваш браузер не поддерживает современные технологии используемые на нашем сайте. Пожалуйста, обновите браузер, скачав его по ссылкам ниже, или обратитесь к системному администратору, обслуживающему Ваш компьютер. Добро пожаловать, Гость! Вход Регистрация. Корзина: пусто.

Твердость древесины, Характеристики древесины, Сосна, Дуб, Ольха, Кедр, Береза, Ясень, В таблице вы можете найти приблизительные значения, древесины увеличивается, поэтому для наиболее прочных.

Свойства и строение Породы и сорта Сушка и заготовка Обработка Инструменты. Графическая схема измерения твердости древесины по: а Бриннелю; б Роквеллю; в Виккерсу. Для того, чтобы определить твердость древесины применяют метод Бринелля. Его результатом является числовой показатель, в России и Европе он указывается на древесине и обозначает ее твердость.

Удельный вес или плотность древесины определяется как отношение её массы к единице объёма. Параметр этот крайне нестабилен и представляется обычно в виде среднего значения. Величины могут сильно разниться даже для образцов одной и той же породы и в значительной мере зависят от условий применения или эксплуатации. Единицей измерения удельного веса является килограмм на метр в кубе м3. При вычислении удельного веса конкретного исходного сырья масса определяется путём взвешивания, а объёмный показатель рассчитывается по специальной методике, учитывающей не только основное тело заготовки, но и наличие пустот в ней.

Для испытания на статический изгиб применяются образцы в форме бруска размерами 20X20X мм.

Твёрдость древесины зависит, что весьма логично, от породы дерева. Условно можно разделить древесину по твёрдости на 6 групп: очень мягкая, мягкая, средней твёрдости, твёрдая, очень твёрдая, твёрдая как кость. Рассмотрим данное деление на наиболее известных сортах:. Измерение твёрдости древесины производится в Европе и Америке по разным шкалам — Бринеллю и Янку соответственно, вот пример вариант применяемый у нас, шкала Бринелля. Для производства качественных изделий из дерева мастеру требуется определить твердость породы. Для ее определения традиционно применяется метод Бриннеля. Суть метода заключается в вдавливании 10 мм шарика в поверхность заготовки с силой кг.

Ясень тверже дуба, но он только на м месте. Дуб — й по твердости. Еще более характерный пример: красный канадский кедр. Метод Бринелля, по которому определяется твердость древесины, заключается в следующем.


Механические свойства древесины | Древесные породы, применяемые в судостроении, и их свойства

К механическим свойствам относятся: прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочность — способность древесины сопротивляться действию внешних механических сил. Внешние силы, или нагрузки, приложенные к древесине, разделяются на статические и динамические. При статических нагрузках силы медленно и плавно возрастают до заданной величины и остаются постоянными по направлению. Динамическая сила действует быстро и может быть переменной по величине и направлению.

Волокнистое, неоднородное строение древесины обусловливает ее неодинаковую прочность в разных направлениях относительно волокон. При расчете конструкции выбирают такие размеры, при которых создается запас прочности.

Предел прочности древесины различных пород указан в табл. 1.

Таблица 1. Предел прочности древесины основных пород при сжатии, растяжении, изгибе и скалывании при 15% влажности
Породы Предел прочности древесины, кг/см2
при сжатии вдоль волокна при растяжении вдоль волокон при статическом изгибе при скалывании вдоль волокон
Сосна
Ель
Лиственница
Дуб
Бук
Береза
Липа
Осина
439
423
515
520
461
447
390
374
1150
1223
1291
1288
1291
1350
1158
1312
793
774
973
935
938
997
680
766
69—73*
53-52
115-126
85—104
99—131
85—110
73—80
57—77

* Первое число показывает, предел прочности древесины на скалывание в радиальном направлении, второе—в тангентальном.

Твердость — свойство древесины сопротивляться проникновению постороннего тела, например, гвоздя, шурупа или инструмента. Твердость древесину зависит от породы дерева, объемного веса и степени влажности. Чем тверже древесина, тем она труднее поддается обработке.

Упругость — способность древесины возвращаться к начальной форме и размерам при прекращении действия сил. Упругость зависит от влажности, объемного веса, прямослойности древесины, от количества и размеров сердцевинных лучей в ней, а также от возраста дерева.

Упругость древесины имеет, большое значение в практике: упругая древесина, принимая удары, поглощает и смягчает отдачу удара соприкасающемуся с древесиной телу.

Вязкость — сопротивление древесины нарушению связи между частицами, т. е. сопротивление разрушению при том или ином виде действия сил. Чем больше остаточные деформации древесины под действием механических сил, тем ее вязкость выше. К наиболее вязким породам относятся: вяз, ясень, дуб.

Пластичность — способность древесины принимать, не разрушаясь, под действием силы ту или иную форму и удерживать ее по прекращении действия нагрузки. Пластичность — свойство древесины, обратное упругости. На пластичность оказывают влияние те же условия, от которых зависит упругость, но действие их на пластичность обратное. Условия, понижающие упругость, увеличивают пластичность, и наоборот.

ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ Строительные материалы и технологии

  English
  Украинский
  Русский
Содержание
3.4. ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Физические свойства. Влажность и гигроскопичность. По содержанию влаги различают мокрую древесину с влажностью до 100 % и более; свежесрубленную — 35 % и выше; воздушно-сухую — 15…20 %; комнатно-сухую — 8…12 % и абсолютно сухую древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103 ± 2° С. Стандартной считают влажность древесины 12 %, при которой определяют и сравнивают ее свойства.

Вода в древесине может находиться в двух состояниях — свободном и физически связанном.

Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство. Связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток.

Влажность древесины, когда стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют пределом гигроскопической влажности или точкой насыщения волокон. Для древесины различных пород она находится в пределах от 23 до 35 % (в среднем 30 %).

Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость (от 30 до 80 %), обладает огромной внутренней поверхностью, которая активно сорбирует водяные пары из воздуха. Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влажностью, называется равновесной. Между равновесной влажностью древесины и параметрами окружающего воздуха (относительной влажностью и температурой) существует определенная зависимость. Эта зависимость выражена в форме диаграммы на рис. 3.8.


Рис. 3.8. Диаграмма зависимости влажности древесины от температуры и влажности воздуха Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших частиц в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличиваются, а прочность снижается. Свободная вода, накапливаясь в полостях клеток, существенно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому почти не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу и теплопроводность.

Усушка и разбухание. Как уже отмечалось, изменение влажности древесины от 0 до предела гигроскопичности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и направления волокон (рис. 3.9).


Рис. 3.9. Разбухание древесины при увлажнении:
1 — вдоль волокон; 2— в радиальном направлении; 3 — в тангентальном направлении; 4 — объемное Вдоль волокон линейная усушка для большин¬ства древесных пород не превышает 0,1 %, в радиальном направлении — 3…6 %, а в тангентальном — 7…12 %. Это сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может вызвать ее коробление и растрескивание. Так, боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев. Наибольшему короблению подвержены доски, выполненные ближе к поверхности бревна, и широкие доски (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Деформации досок при сушке Плотность. Вещественный состав древесины различных пород приблизительно один и тот же, поэтому истинная плотность древесины — величина постоянная и составляет 1,54 г/см3.

Средняя плотностъ древесины разных пород и даже одной и той же породы зависит от многих факторов, связанных с условиями роста дерева. У большинства древесных пород плотность сухой древесины меньше 1000 кг/м т. е. меньше плотности воды. С изменением влажности средняя плотность древесины меняется, поэтому принято сравнивать плотность древесины при одной и той же стандартной влажности, равной 12%.

Пористость древесины главнейших пород, применяемых в строительстве,— 50…70 %.

Теплопроводность. Древесина как материал высокопористого и волокнистого строения характеризуется относительно низкой теплопроводностью. Однако вследствие анизотропности теплопроводность вдоль и поперек волокон отличается примерно в два раза [например, для сосны вдоль волокон — 0,35 Вт/(м • К), а в поперечном направлении — 0,17 Вт/(м * К)].

Стойкость древесины к действию агрессивных сред. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН

Механические свойства. Прочность древесины (материала волокнистого строения) имеет большое различие вдоль и поперек волокон (при растяжении вдоль волокон в 20…30 раз, а при сжатии в 3…6 раз больше, чем поперек волокон). Прочность древесины зависит от того, под каким углом к волокнам направлено разрушающее усилие, а также от породы дерева, плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и особенно от влажности в пределах 0…30 % (рис. 3.11). Поэтому при определении механических свойств древесины необходимо всегда учитывать ее влажность, направление действия нагрузки и применять стандартные образцы, не имеющие пороков (так называемые «малые чистые образцы»).

Методы определения механических свойств древесины регламентированы соответствующими ГОСТами и описаны в лабораторной работе № 4.


Рис. 3.11. Влияние влажности древесины на ее прочность при изгибе (1) и при сжатии вдоль волокон (2) Прочность при сжатии вдоль волокон достаточно высока и составляет в среднем 40…60 МПа, т. е. сопоставима с прочностью бетона. Это объясняется тем, что пустотелые волокна древесины работают как жесткие пространственные элементы.

Прочность при сжатии поперек волокон составляет примерно 0,15…0,3 от предела прочности вдоль волокон. Это объясняется тем, что при сжатии поперек волокон в действительности происходит смятие волокон древесины без явного разрушения стенок. Поэтому за прочность в этом случае принимают условный предел прочности, равный наибольшему напряжению, при котором еще сохраняется линейная зависимость между напряжением и деформацией.

Прочность при растяжении вдоль волокон в 2…3 раза больше прочности при сжатии в этом направлении и составляет 100…120 МПа. Прочность при растяжении сильно зависит от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.), но мало изменяется от влажности.

Прочность при изгибе в 1,5…2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но несколько меньше прочности при растяжении и составляет в среднем 60… 110 МПа. Прочность при изгибе у древесины значительно выше, чем у большинства строительных материалов (бетон, керамика и т. д.) и сопоставима с прочностью металлов.

Прочность древесины при скалывании и перерезании имеет важное значение для соединения деревянных элементов (для врубок, шпонок, нагелей и т. д.).

При скалывании вдоль волокон целостность самих древесных волокон не нарушается, а разрушение древесины происходит вследствие нарушения сцепления между волокнами. Предел прочности при скалывании вдоль волокон составляет 10…20 % от предела прочности при сжатии в этом же направлении.

При перерезании внешние силы направлены перпендикулярно волокнам. Для разрушения древесины в этом случае необходимо разрезать волокна, что значительно трудней, чем расщепить. Поэтому предел прочности при перерезании в 3…4 раза выше, чем при скалывании.

Зависимость прочности от влажности. В связи с тем, что механические свойства древесины зависят от влажности (рис. 3.11), для получения сравнимых результатов испытания прочность древесины при фактической влажности пересчитывают на прочность при стандартной 12 %-ной влажности. При фактической влажности 8…20 % пересчет производят по формуле

R12 = Rw[1+ a(W-12)],

где R12 и Rw — предел прочности образцов соответственно при 12 %-ной и фактической влажности W момент испытаний; а — поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 %. Значения а при сжатии и изгибе составляют 0,04, при смятии —0,035.

Основные физико-механические свойства древесины хвойных и лиственных пород, применяемых в строительстве, приведены в табл. 3.1 (средние значения при влажности 12 ‘%).

Таблица 3.1. Средние показатели физико-механических свойств древесины хвойных и лиственных пород при стандартной 12 %-ной влажности
Породарт, кг/м3Пористость, %Предел прочности, МПа
R*сжRизгRp
Лиственница6805665ПО125
Сосна500685085105
Ель450724580103
Кедр44071356580
Дуб7004660107125
Бук6705655ПО125
Береза6305955ПО160
Осина490684580120

*R сж— предел прочности при сжатии вдоль волокон.

Стандартные методы определения механических свойств на малых «чистых» образцах позволяют сравнивать между собой прочность древесины одной породы или разных пород и оценивать качество древесины из данного лесонасаждения.

Фактическая прочность строительной древесины в изделиях стандартных размеров (досок, брусьев, бревен), имеющих те или иные дефекты строения и другие особенности, существенно ниже стандартной прочности; поэтому при нормировании допускаемых напряжений (расчетных сопротивлений) устанавливают относительно большие коэффициенты запаса.

Кроме того, при долговременном действии нагрузки разрушение древесины наступает при напряжениях меньших, чем при стандартных испытаниях. Так, предел долговременного сопротивления при изгибе составляет 0,6…0,65 от предела прочности при стандартном испытании.

При многократных нагружениях наблюдается усталость древесины. Предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статического предела прочности.

Прочность древесины при сжатии вдоль волокон

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4
Порода Предел прочности при влажности, %
30 и более
Лиственница 64,5 25,5
Сосна 48,5 21,0
Пихта сибирская 39,0 17,5
Граб 60,0 26,5

 

Продолжение табл. 4

 

Ясень 59,0 32,5
Бук 55,5 26,0
Липа 45,5 24,0
Ольха 44,0 23,5
Осина 42,5 19,0
Ель 44,5 19,5
Кедр 42,0 18,5
Акация белая 75,5 41,5
Клен 59,5 28,0
Дуб 57,5 31,0
Орех грецкий 55,0 24,0
Береза 55,0 22,5
Вяз 48,0 25,0

 

Из данных таблицы 4 видно, что наибольший предел прочности при сжатии вдоль волокон при влажности 12 % имеет акация белая, а наименьший –пихта сибирская. При влажности 30 % и более наибольшей прочностью обладает акация белая, а наименьшей – пихта сибирская.

Прочность древесины при сдвиге. При испытаниях на сдвиг к образцу прикладываются две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль и поперек волокон, и перерезание.

Скалывание вдоль волокон – одно из важнейших механических свойств древесины. Для испытания на скалывание вдоль волокон используют образец, измеряют ширину b и длину l площади скалывания, после чего он устанавливается в специальном приспособлении и доводится до разрушения.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бука, дуба, граба), скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30 % выше, чем скалывание по радиальной плоскости.

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в 2 раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в 4 раза выше прочности при скалывании вдоль волокон. В таблице 5 представлены данные по прочности древесины при скалывании вдоль волокон [8].

 

Таблица 5

Прочность древесины при скалывании вдоль волокон

Порода Предел прочности, МПа, при скалывании в плоскости
радиальной при влажности, % тангенциальной при влажности, %
30 и более 30 и более
Лиственница 9,9 6,3 9,4 5,8
Сосна 7,5 4,3 7,3 4,5
Ель 6,9 4,1 6,8 4,4
Кедр 6,6 4,0 7,0 4,3
Пихта сибирская 6,4 4,5 6,5 4,2
Граб 15,6 8,8 19,4 10,6
Ясень 13,9 9,4 13,4 8,7
Клен 12,4 8,4 14,2 9,0
Бук 11,6 7,0 14,5 8,9
Орех грецкий 11,0 5,9 11,6 6,1
Дуб 10,2 7,2 12,2 9,0

Продолжение табл. 5

Береза 9,3 5,0 11,2 5,9
Вяз 9,1 6,5 10,2 7,3
Груша 8,9 5,6 14,2 8,1
Липа 8,6 5,6 8,1 5,0
Ольха 8,1 5,2 10,0 6,3
Осина 6,3 3,6 8,6 5,0
Тополь 6,1 3,4 7,2 4,2

Из данных таблицы 5 видно, что наибольший предел прочности в радиальной плоскости при влажности 12 % имеет граб, при 30 % ясень; в тангенциальной плоскости при влажности 12 % имеет граб, при 30 % тоже граб.

 

 

Список используемых источников:

 

1.http://www.sibmaster.ru/articles/articles32.shtml
2.http://www.remontila.ru/4_sushka_dereva.html
3.http://www.finexfloors.ru/solid-info/internals.php
4. http://woodprom.at.ua/index/vnutrennie_naprjazhenija_drevesiny/0-82

5. http://delostroika.ru/org/dreved/meh/4037-dopuskaemye-napryazheniya-dlya- drevesiny.html

6. http://gost.stroysss.ru/gost/10537_11603-73.html

7. Уголев Б.Н. «Древесиноведение с основами лесного товароведения» Учебник для лесотехн. вузов / Москов. гос. ун-т леса. — 3-е изд.,перераб.и доп. — М. : МГУЛ, 2001. — 340 c.

8. Перелыгин, Л.М. Древесиноведение / Л.М. Перелыгин. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лесн. пром-сть, 1969. — 316 с.

 

 

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.

Физико-механические свойства различных пород древесины (по ГОСТ 4631-49), Таблица. Объемный вес. Предел прочности. Модуль упругости.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Материалы — свойства, обозначения / / Древесина. Пиломатериалы. Лесоматериалы. Бревна. Дрова…  / / Физико-механические свойства различных пород древесины (по ГОСТ 4631-49), Таблица. Объемный вес. Предел прочности. Модуль упругости.

Физико-механические свойства различных пород древесины (по ГОСТ 4631-49), Таблица. Объемный вес. Предел прочности. Модуль упругости.

Физико-механические свойства различных пород древесины (по ГОСТ 4631-49), Таблица. Объемный вес. Предел прочности. Модуль упругости.
Физико-механические свойства различных пород древесины (по ГОСТ 4631-49), Таблица. Объемный вес. Предел прочности. Модуль упругости.

Порода и район
произрастания

Объемный вес при
влажности 15 %, кг/м3

Предел прочности при
15 % влажности, кг/см2

Модуль упругости при
статическом изгибе

при сжатии
вдоль волокон

при изгибе

при растяжении
вдоль волокон

Береза обыкновенная

640

447

997

124000

Береза (Урал)

650

527

984

Дуб

720

520

935

1288

73000

Ель обыкновенная (северная)

460

423

774

1223

Ель обыкновенная (центральные районы)

460

385

722

1076

Ель (Урал)

440

353

640

75000

Ель (Сибирь)

390

353

603

722

87000

Лиственница (Урал)

680

511

973

130000

Лиственница (Сибирь)

600

615

978

1205

132000

Сосна обыкновенная (северная)

540

466

877

Сосна (центральные районы)

530

439

793

1150

145000

Сосна (Украина)

540

384

732

963

107000

Сосна (Урал)

530

423

717

Сосна (Сибирь)

480

427

736

931

102000




Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Породы древесины: таблица, виды, классификация — ЕГАИС

Задать вопрос специалисту

Сортность — это самый очевидный критерий, на который можно ориентироваться при выборе пиломатериала. Сорта верхней группы означают соответствующее высокое качество обрезной доски или бруса — соответственно, увеличивается и цена вопроса. Чтобы не приходилось переплачивать, следует четко понимать, для каких целей предназначен пиломатериал (использование высоких сортов не всегда необходимо), а также понимать, в чем заключаются отличия линейки сортов.

Подробные характеристики и требования к существующим сортам обозначены в ГОСТах:

  • Для обрезной доски и бруса из древесины лиственных пород —  ГОСТ 2695–83. 
  • Для пиломатериалов из древесины хвойных пород  — ГОСТ 24454–80 и ГОСТ 8486–86.

По государственным стандартам сорта пиломатериалов (исходя из качества сырья, а также качества обработки) разделены на пять групп — это отборный, 1-й, 2-й, 3-й и 4-й сорта. Оценка сорта производится следующим образом: обрезная доска оценивается по пласти и наихудшей кромке, брус — по худшей пласти.

Пласть — одна из двух наибольших по ширине, расположенных противоположно друг другу, продольных поверхностей пиломатериала. У обрезной доски две пласти, у бруса квадратного сечения — четыре.

Кромка — одна из двух наиболее узких, расположенных противоположно друг другу, продольных поверхностей обрезного пиломатериала. У необрезного пиломатериала кромкой называется одна из обзольных продольных поверхностей.  

Мы думаем, при покупке мало кто из покупателей будет сверяться с длинными таблицами. Поэтому мы описали в этой статье общие требования к каждому из сортов.

Технические характеристики 

Пиломатериал отборного сорта

Как легко понять из названия, к этому сорту относят пиломатериалы наивысшего качества. Являются допустимыми лишь несущественные дефекты, которые не оказывают влияния на эксплуатационные характеристики. Цена отборного и 1-го сортов может различаться в 2-3 раза, при этом визуально отличить их бывает непросто. 

Область применения: Отборный сорт находит широкое применение в судостроении (поэтому иногда такую доску называют палубной) и мотостроении, из него изготавливают части конструкций сельскохозяйственных машин, железнодорожных вагонов, платформ грузовых автомобилей и прицепов. 

Технические требования:

  • Полное отсутствие гнили, грибка, червоточин, участков корневой системы и остатков коры, 
  • исключаются покоробленности (это любые изменения геометрии пиломатериала, которые возникают при распиловке, после усушки или в процессе хранении) и прочие механические повреждения;
  • Допустимый наклон волокон — не более 5°, если длина изделия превышает 2 м.;

Наклон волокон — это угол между направлением древесных волокон  и продольной осью пиломатериала. Измеряется на одной из пластей. Угол наклона не всегда равномерен, причиной чего может быть кривизна либо спиральный рост дерева. 

  • Допустимо наличие несквозных торцевых трещин, не имеющих выхода на пласти или кромку, при условии, что их глубина не превышает 10% от толщины торца.
  • Максимальная точность геометрических размеров. Допустимое отклонение исходя из общей длины пиломатериала варьируется от 0,1 до 1 %.
  • Допустимо наличие здоровых (т.е. с полным отсутствием гнили) сросшихся сучков. Их количество регламентировано в таблицах ГОСТов, а вот расположение значения не имеет.

Сросшийся сучок — это сучок, годичные слои которого срослись с окружающей древесиной. Площадь срастания — более 75 % среза сучка.

 

Пиломатериал первого сорта

Область применения. Те же области, что и отборный сорт. Помимо этого, массово используется в строительстве при монтаже несущих конструкций, в ремонтных работах, при изготовлении оконных рам и дверей. Находит широкое применение в производстве мебели и тары специального назначения. 

Технические требования:

  • Отсутствие любых внешних признаков гнили или поражения грибком.
  • Недопустимы выпадающие сучки и сопутствующие им сквозные отверстия.

Выпадающий сучок — сухой сучок, который не имеет прочной связи с окружающей его  древесиной. Как правило, такой сучок держится в своем ложе, но подвижен при воздействии на него. Выпадающими сучками также называют и отверстия от уже выпавших сучков. 

  • Недопустимы трещины на пласти или кромке, длина которых превышает ¼ общей длины пиломатериала и глубиной свыше 1 мм.
  • Возможно наличие тупого обзола, если его длина не превышает шестой  части всей длины пиломатериала. Наличие острого обзола не допускается.

Тупой обзол — это обзол, который занимает часть ширины кромки.Острый обзол — обзол, занимающий всю площадь кромки.

  • Недопустима гниль — т.е.  разложение древесины грибком или другими микроорганизмами, приводящее к ее размягчению.
  • Синева (окраска, вызванная грибком или плесенью) в ограниченных объемах допустима — размер не должен превышать 10% от общей площади пиломатериала. Этот дефект считается сугубо косметическим,  поскольку не приводит к разрушению структуры древесины и на эксплуатационные характеристики не влияет. 
  • Допустимы здоровые сучки, не превышающие в диаметре 10мм.  Количество сучков регламентируется в таблицах ГОСТа в соответствии с размерами пиломатериала. 

Древесина второго сорта

2-й сорт характеризуется существенным послаблением требований, однако и он применяется в ответственных сферах и пользуется большим спросом у потребителя. Это объясняется тем, что эксплуатационная надежность материала остается достаточно высокой, а стоимость заметно ниже. Визуально доску 2-го сорта легко отличить по большому наклону волокон.

Область применения. Помимо судо- и автостроения, строительства, производства мебели т и изготовления мебели широко используется в изготовлении обрешетки, монтаже деревянных щитов, кровли и всевозможных опор. 

Технические требования:

  • Недопустимы следы гнили и трухлявость. Следы деятельности насекомых — червоточины — допустимы, но не более 3-х на погонный метр.
  • Допустимо наличие мелких смоляных кармашков (это относится хвойным породам древесины).

Смоляной кармашек — полость  в форме линзы, заполненная смолой, расположенная внутри или между годичными слоями древесины.

  • Допустимо наличие не только тупого, но и острого обзола по всей длине кромки.
  • Длина трещин не должна превышать ⅓ длины пиломатериала.
  • Возможно наличие выпадающих сучков, диаметр которых не превышает 20 мм. 
  • Допустима незначительная синева и другие изменения цвета (воздействие грибка).

Древесина третьего сорта

Наиболее бюджетный вариант, что, безусловно, отражается и на качестве обрезной доски или бруса. Поскольку требования к 3-му сорту значительно мягче, резко снижается и несущая способность заготовки. Между тем область применения обрезного пиломатериала 3 сорта довольно широка. 

Область применения. Этот сорт рекомендован для изготовления конструкций, не несущих нагрузки и не требующих красивого внешнего вида. Черновая отделка, сооружение времянок, навесов, изготовление бюджетной мебели, поддонов и тары.

Технические характеристики:

    • Тупой и острый обзол допустим по всей длине обеих кромок.
    • Допустимы червоточины на любом участке обрезной доски или бруса.  
    • Допускаются сквозные трещины, в том числе выходящие на торец. Однако их длина не должна превышать 100 мм.
  • Помимо здоровых сросшихся сучков, допустимо наличие и выпадающих, а также гнилых и табачных сучков. 

Табачный сучок — это гнилой сучок, древесина которого размягчена и имеет вид рыхлой массы ржаво-бурого цвета (за счет чего и имеет такое название). Реже имеет белесую окраску.

  • Допустимо наличие двойной сердцевины на поверхности пиломатериала.
  • Незначительная покоробленность материала 
  • Допустимы значительная площадь крени.

Крень — это резкое утолщение годичных слоев на ограниченном участке древесины. Характерно для подверженных сжатию участков соединения ствола и ветвей. Древесина в этих местах более темная и плотная.

  •  Допустима прорость, если она расположена только на одной из поверхностей пиломатериала. 

Прорость — это след от раны древесного ствола(заросшей или зарастающей). Имеет вид щелевидной полости. Может быть либо пустой, либо заполненной остатками коры и омертвевшими тканями.

Это самый бюджетный  и самый низкокачественный пиломатериал. К этому сорту относят весь материал, который не прошел по характеристикам более высокой сортности.  Здесь уже можно видеть и значительное поражение червоточинами, и серьезную покоробленность, и большие трещины с механическими повреждениями.

Область применения — Хотя этот сорт и имеет непрезентабельный вид, такая древесина с успехом применяется в строительстве на малоответственных областях. Черновая обшивка, временные сооружения, опалубка, изготовление ограждений и прочих вспомогательных и временных конструкций. Используется также и при изготовлении тары. 

Технические требования:

  • Все механические дефекты поверхности (в первую очередь гниль, а также червоточины, трещины и т.д) не должны превышать 10 % общей площади пиломатериала.
  • Допустима поперечная и продольная покоробленность по пласти и кромке (дефект, возникающий в ходе усушки или неправильном хранении пиломатериала). 
  • Допустимо наличие острого обзола по всей длине кромки.

Виды древесины и характеристика пиломатериалов

Ни один из имеющихся сегодня на рынке строительных материалов не обладает такими уникальными качествами, как природная древесина.

Ее очень удобно и легко обрабатывать, так, что можно сделать что угодно, хоть ложку, хоть фюзеляж самолета. Древесина обладает прекрасной прочностью, она легкая и имеет приятный запах.

Работа с деревом приносит истинное удовольствие, если разбираться в том, какими бывают виды древесины и характеристика пиломатериалов.

Стройматериалы из древесины

Разновидности срезов древесины

Если присмотреться к любому древесному бруску, то можно увидеть на нем текстурный рисунок, образованный годичными кольцами. Его внешний вид зависит от того, в каком направлении ствол дерева был распилен.

Принято его распиливать по трем направлениям: вдоль и поперек волокон, а также под углом в 45 градусов. Если срез производят под углом, то его называют тангентальным.

Он образует текстуру, похожую на конусообразные линии.

Три разных вида срезов в зависимости от направления

Если срез производится вдоль волокон, то он называется радиальный. На нем хорошо видны параллельные линии, образуемые волокнами.

Поперечный срез во всей красе нам предъявляет годичные кольца ствола дерева.

Рисунок имеет важное значение для внешней красоты изделий из дерева, поэтому прежде, чем делать деревянную заготовку необходимо четко себя представлять, в каком направлении мы хотим иметь узоры.

Внутреннее строение древесины

Для того, чтобы понять строение ствола дерева необходимо сделать полный поперечный разрез. Верхний слой называется корой. Он не представляет интереса, поэтому его удаляют. Следующий тонкий слой — это так называемая зона роста.

Ее трудно увидеть, но если дерево молодое, то после снятия коры можно увидеть зеленые волокна, влажные на ощупь. Их еще называют камбий. После него и начинается сама древесина с ярко выраженными годичными кольцами. Профессионалы ее называют заболонью.

В центре ствола находится более темное либо сливающееся с заболонью ядро. Это зависит от породы древесины, которая может быть заболонной или ядровой.

Ядровые древесные породы представлены всеми хвойными (кедр, сосна, ель, лиственница, тис) и некоторыми лиственными распространенными породами, такими как дуб, тополь, ясень. Подавляющее большинство лиственных деревьев являются заболонными: береза, ольха, граб, клен.

Плотность древесных клеток влияет на прочность и другие физические качества древесины, а вот на создание художественных композиций и возможность применения того или иного сырья в работе влияет рисунок годичных колец и сердцевидных сосудов. Это макроструктурные элементы, и к ним можно отнести еще сучки, наросты, неразвившиеся побеги, отклоняющие годичные кольца и образующие разнообразные свилеватости.

Древесина с ярковыраженной макроструктурой наиболее интересна для обработки, потому для поделок используются без исключения все хвойные

Физические характеристики древесины

Как и любой строительный материал древесина обладает рядом физических свойств:

  • Плотность измеряется в г/см3 и зависит от породы древесины и ее влажности. Чем выше этот показатель, тем прочнее и тяжелее материал, он более долговечен и менее подвержен гниению. Самой плотной считается древесина дуба, ясеня, клена и лиственницы, а наименьше плотностью обладают осина, ель и пихта.
  • Влажность древесины говорит о степени ее качества и долговечности. Комнатно-сухая имеет 8 – 12% влаги, воздушно-сухая от 12 до 18%, а атмосферно-сухая 18 – 23%. Если же влажность еще больше, то такую древесину называют сырой.
  • Звукопроводность и теплопроводность важные качества. Качественная сухая древесина прекрасно удерживает тепло и звук в поперечном направлении. Вдоль волокон теплопроводность снижена, а вот звук вдоль ствола распространяется прекрасно. Это даже является показателем качества и сухости.
  • Стойкость к коррозии, которая выше у хвойной древесины, благодаря наличию в ней смолы.
  • Текстура, цвет, запах и блеск позволяют определить породу древесины и определяют ее декоративную ценность.

Все перечисленные физические свойства очень важны для использования той или иной породы деревьев.

Механические характеристики древесины

Механические свойства различных пород древесины более важны. Ведь именно они влияют на прочность и долговечность строений или изделий из дерева.

Механическая прочность – это способность оказывать сопротивление к различным статическим и динамическим воздействиям из вне. Прочность того или иного материала зависит от направления действия нагрузки.

В связи с этим принято различать прочность на скалывание или сдвиг, изгиб и сжатие. Любая древесина имеет большую прочность вдоль волокон нежели поперек них.

Испытание прочности деревянного бруска по направлению нагрузки

Стоит отметить, что влажная древесина становится менее прочной. Это же наблюдается у легкой и рыхлой породы.

Пластичность – эта то свойство, которое позволяет создавать гнутые детали из дерева. Более пластичные породы сохраняют форму, полученную при определенном длительном воздействии.

Влажность и температура очень сильно повышают этот показатель, поэтому для изготовления изогнутых деталей древесину подвергают воздействию горячей воды или пара. Высокой пластичностью может похвастаться бук, вяз, дуб, ясень.

Этого нельзя сказать о хвойных породах, так как структура их волокон слишком прямолинейная.

Твердость древесины – это способность сопротивляться различному внедрению в нее инородных тел. Бывают твердые породы деревьев, такие как: бук, клен, лиственница, дуб, ясень, вяз (самыми твердыми являются самшит и акация) и мягкие, такие как: липа, ольха, ель, сосна. Уровень износостойкости древесины напрямую зависит от ее твердости.

Характеристика различных пород древесины

Для различных целей применяют ту или иную породу древесины. Все они делятся на хвойные и лиственные. Первые имеют резкий смоляной запах и выраженную макроструктуру. Самыми распространенными хвойными породами являются: кедр, сосна, пихта, ель и лиственница.

  • Сосна является самым распространенным строительным материалом. Ее окраска изменяется от бледно-желтой до красновато-желтой. Древесина достаточно легкая и прочная. Главное, что она очень удобна для обработки. В ней содержится очень много смолы, поэтому она плохо гниет и не особо боится осадков. Из-за своей мягкости она легко принимает различные красящие вещества и лаки. Коробления при сушке почти у сосны не происходит. Недостатком является невозможность качественной отделки и окраски. Однако ее с успехом используют для производства мебели и фанеры.
  • Ель можно поставить на второе место после сосны по уровню использования. Смолы в ней не так много, поэтому она более подвержена гниению и воздействию осадков. Древесина у ели прочная и легкая, но при этом обладает большим количество сучков, что значительно снижает ее потребительские качества. К преимуществам можно отнести белый цвет древесины и малую смолистость. Она хорошо удерживает различные крепежные детали. В строительстве из нее делают не самые важные детали.
  • Кедр, или правильно сибирская сосна нисколько не уступает ели по своим строительным качествам, а по стойкости к гниению намного ее превосходит. Несмотря на мягкость древесины кедра, она обладает неплохой плотностью и прочностью, при этом прекрасно поддается обработке.
  • Пихта ничем особенным не отличается от ели: она легко поддается любой обработке и не воспринимает едких химических препаратов. В ней достаточно мало смолы, из-за чего древесина слишком быстро загнивает без использования специальной обработки.
  • Лиственница ценится своей твердостью и прочностью. Ее плотность такова, что ствол этого дерева тонет в воде. Зато древесина лиственницы практически не гниет.

Лиственные породы принято делить на мягкие и твердые. Их древесина не обладает запахом. Он есть только на свежем спиле. К твердолиственным породам нужно отнести дуб, ясень и березу, а к мягколиственным осину и ольху.

  • Дуб имеет очень высокую прочность и стойкостью к появлению гниения. Его древесина обладает красивым цветом и текстурой. Она не трескается и не коробится, поэтому из дуба делают мебель и предметы роскоши и искусства. Дубильные вещества обладают мощными антисептическими свойствами. Самая прочная и красивая дубовая древесина получается, когда ее держат 1,5 года в проточной холодной воде. Ее цвет становится черным. Из такой мореной древесины изготавливают предметы дорогостоящей мебели. Это идеальный материал для производства мебели, но он очень неудобен в обработке из-за своей плотности и прочности
  • Древесина березы имеет среднюю плотность и твердость. Она прочная и достаточно вязкая, имеет не очень ярко выраженную текстуру, но однородна. Недостатками этого материала являются подверженность сильному растрескиванию и короблению, слишком сильная усушка, небольшая устойчивость к загниванию, довольно частое поражение таким недугом, как червоточина. Однако она неплохо поддается обработке ручным инструментом, склеивается в фанере, легко полируется и подвергается окрашиванию, дает возможность производить очень мелкую рельефную резьбу.
  • Осина обладает довольно мягкой древесиной, в которой настолько мало сучков, что она хорошо поддается любой обработке. Однако ее пористая структура не позволяет делать мелкие детали.
  • Липа очень ценится при изготовлении различных резных деталей для производства мебели. Она не коробится и совсем не трескается при усушке. Липовая древесина обладает достаточно прочной структурой, которая совсем мало поддается гниению.
  • Клен обладает прочной, плотной и слабоусыхающей древесиной. Она почти не коробится, но быстро загнивает и сильно подвержена червоточине. Эта древесина неплохо обрабатывается, склеивается, отделывается и окрашивается. Ее применяют в резных работах и изготовлении деталей из массива.
  • Красное дерево, произрастающее в вечнозеленых тропических лесах, имеет древесину красного цвета. Это никакой-то один вид, а множество со схожими свойствами. Древесина красного дерева очень мягкая и прекрасно поддается обработке, легко полируется, а также впитывает лак. Некоторые части мебели делают из такой древесины. Ее высокая стоимость не позволяет делать из нее полностью все изделие.

Редкие породы древесины

Пиломатериалы и их разновидности

Преимущественно на лесобазе и в магазине продают сухую древесину. Сырая продается редко. Если вы решили построить что-либо или изготовить предмет мебели, то вы столкнетесь с названиями видов пиломатериала, смысл которых стоит понимать:

  • Кряж является по сути цельными стволами деревьев без коры или их кусками достаточно большой длины. Важно, что их диаметр превышает 25 см.
  • Подвязник – тот же кряж, но диаметром меньше 25 см.
  • Жердь – цельный ствол без коры диаметром менее 9 см.
  • Пластина – это половина кряжа, который распилен вдоль волокон.
  • Четвертина – половина пластины, распиленной вдоль волокон.
  • Лежень, или по-другому брус с обзолом – это обтесанное с двух сторон бревно, которое можно положить на одну из двух плоскостей.
  • Брусом называю бревно, которое обтесано с четырех сторон с сечением не менее 100х100 мм. Если оно меньше, то изделие называют бруском.
  • Доска бывает очень разной в зависимости от метода ее обработки и размеров: необрезная, обрезная, горбыль, строганная с четырех сторон, шпунтованная, фальцованная.

Поперечные срезы досок в зависимости от обработки.

Все пиломатериалы, которые принято использовать в строительстве, обладают своими специфическими названиями. Различаются они по толщине изделия, а также отношения ширины к этой толщине. Для досок это отношение никогда не должно быть более 2. Максимально допустимая толщина досок равняется 100 мм. Длина любого материала из лиственных пород не превышает 5 м, а из хвойных 6,5 м.

Основные виды пиломатериалов

Прочитав данную статью, вы ознакомились с основными понятиями и характеристиками древесины. Поэтому с такими знаниями можно спокойно приобретать пиломатериал, оперируя терминами, не хуже продавцов. Сегодня практически ни одно крупное строительство или ремонт не обходятся без использования древесины в той или иной степени, поэтому такие знания будут весьма полезны.

Классификация древесины

Специалисты на столярном производстве знают особенности древесины разных пород, различают их по внешнему виду и тактильно, умеют правильно подготавливать и обрабатывать материал, чтобы использовать его лучшие качества, учитывая физико-технические характеристики, цвет и текстуру. В этой статье мы расскажем, по каким признакам специалисты по обработке дерева выбирают нужные материалы для изготовления лестниц, дверей и мебели.

1. Виды древесины по ядру и заболони

Ядро— наиболее плотная и твердая часть, отмершая древесина внутри ствола, заболонь — слой живых клеток вокруг ядра. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год, у других — на 30-35-й год. Поэтому заболонь у первых узкая, у вторых широкая.

Молодая древесина состоит полностью из заболони. По мере роста у части деревьев отмирают живые ткани в центральной части ствола, она становится более сухой, откладываются экстрактивные вещества и образуется ядро. Внутренние элементы закрываются, и ядро получает большую стойкость к загниванию.

При этом у отдельных пород вся масса древесины окрашена в один цвет, у других центральная часть имеет более темную окраску .  В растущем дереве заболонь служит для проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет механическую функцию.

Цвет древесины связан с содержащимися в ней красящими, дубильными, смолистыми веществами и зависит как от породы дерева, так и от его возраста, скорости произрастания, состава почвы, в котором росло дерево, а также климатических условий местности произрастания. От состояния ядра и заболони зависит цвет древесины и ее устойчивость к гниению.

Ядровые породы древесины

имеют ярко выраженное , более темное и крепкое ядро. Переход к заболони может быть резким или плавным. К ним относятся кедр, сосна, лиственница, дуб, можжевельник, ясень, яблоня.

Безъядровые  породы древесины

Как понятно из названия, это породы, где не видно ядра, они, в свою очередь подразделяются на спелодревесные и заболонные. В безъядровых породах бывает тёмный окрас в средней части и это называется ложное ядро.

Спелодревесные

Ядро все-таки имеют, но по цвету оно не отличается от заболони. Центральная часть ствола гораздо более сухая, ее называют «спелая древесина» . К спелодревесным породам относятся ель, осина, пихта, липа, бук, граб.

Заболонные

Не имеют различия между центральной и периферической частью ствола ни по наличию закрытых (отмерших) клеток, ни по содержанию воды. Клетки в центре ствола не отмирают, ядро не образуется. К заболонным породам относятся: береза, клен, липа, груша.

2. Виды древесины по твердости

Мягкая древесина

Имеет плотность 750 кг/м3. Это самые ценные породы: береза железная, белая акация, рябина, кизил, граб, фисташковое дерево, самшит.

3. Древесина по стойкости к гниению

  • Виды пороков древесины:
  • грибные ядровые пятна или полосы: ненормально окрашенные участки ядра, возникающие в растущем дереве, не уменьшающие твёрдость древесины и сохранившие её структуру;
  • плесень, портящая внешний вид, но не вызывающая разрушения древесины;
  • заболонные грибные окраски — ненормальные окраски заболони без понижения твёрдости древесины, в том числе широко распространённая синева — серая окраска синеватых или зеленоватых оттенков, а также цветные заболонные пятна — оранжевая, жёлтая, розовая (до светло-фиолетовой) и коричневая окраски;
  • побурение, возникающее в срубленной древесине с участием грибов или без них и вызывающее некоторое снижение твёрдости древесины;
  • гниль — ненормальные по цвету участки древесины с понижением твёрдости; также по месту возникновения и твёрдости гниль может быть наружной трухлявой, ядровой и заболонной: твёрдой и мягкой;
  • дупло, образуется в результате полного разрушения внутренней части древесины.
  • Согласно ДСТУ породы древесины разделяют на

Стойкие :

кедр, сосна, лиственница, дуб, ясень.

Среднестойкие:

ель, кедр, пихта, лиственница, бук.

Малостойкие:

вяз, бук, дуб, граб, клен.

Нестойкие:

береза, осина, липа, ольха.

4. Виды древесины по пропитываемости

Лекопропитываемые:

сосна (заболонь), бук (заболонь), береза.

Умереннопропитываемые :

кедр, европейская лиственница, дуб, граб, клен, ольха, липа, осина, сосна (ядро).

Труднопропитываемые:

ель, сибирская лиственница, европейская лиственница (ядро), пихта, береза, вяз, дуб, ясень, бук (ядро).

Современная химическая промышленность предоставляет массу средств для защитной и декоративной обработки древесины. Поэтому, зная характеристики каждого вида древесины, можно создавать красивые и качественные столярные изделия из разных, даже не очень ценных пород дерева.

Список пород древесины — это… Что такое Список пород древесины?

Приложение к статье Древесина

Породами древесины называются её разновидности, получаемые от различных древесных растений. Ниже приводится список пород строевой и ценной древесины с основными свойствами и списками синонимов.

Список пород древесины

  • Плmin — минимальное значение плотности при влажности древесины 15 % (кг/м³)
  • Плmax — максимальное значение плотности при влажности древесины 15 % (кг/м³)

Породы древесины умеренного пояса

Хвойные породы древесины

Лиственные породы древесины

*) Классы устойчивости ядровой древесины к разрушающим древесину грибам, по DIN EN 350-2. Заболонь считается неустойчивой к гниению.

Экзотические породы древесины

Абачи Амарант Бакаут Бальса Билинга Бокоте Бонгосси Бубинга Венге Гонсало альвес Гренадил Зебрано Индийский палисандр Ипе Ироко Каталокс Квебрахо белое Квебрахо красное Кокоболо Кумару Лимба Масасауба Махагони настоящее Махагони сипо Махагони хая Мербау Морадо Падук Палисандр Пало санто Розовое дерево Тик Умнини Чечем Цирикоте Эбеновое дерево Ятоба
Название
древесины
РастениеМесто произрастанияДругие названияТвёрдость
шкала Янка
ПлминПлмакс
Triplochiton scleroxylonАфрикаСамба, вава, обече, айоус250380420
PeltogyneЮжная АмерикаПёрплпхарт, фиолетовое дерево1860860880
Гваяковое деревоЮжная АмерикаДерево жизни, святое дерево, гринхарт, покхольц, гуаяк,
гаяк, покхоут, гваяк, гайака́н, лигнум витае, пало санто, гуайаканчильо
450013001450
Бальсовое деревоЮжная АмерикаБальза100120160
Nauclea diderrichiiАфрикаАкондок, алома, бади, бедо, кусиа, килинги, бонкангу,
гулу маза, мокесэ, опепе, сибо, эке, экусамба
1630630780
Cordia gerascanthusЮжная АмерикаМексиканское розовое дерево, розовое дерево майя, бекоте,
сирикоте, салмвуд
2200750850
Lophira alataАфрикаАзобе́, акеле, акога, акоура, айа, ассо, банг, бонколе,
каку, красное железное дерево, окоа, оус, хэндуи, эба, эдоум, экки
33509501150
GuibourtiaАфрикаАфриканское розовое дерево, акумэ, бубинга, эбана, эссинганг,
кевазинго, кеуазинго, оквэни, ованг, уака
2680720880
ВенгеАфрикаАвонг, африканский палисандр, африканское розовое дерево, боконге,
дикела, кибото, конголезский палисандр, конголезское розовое дерево,
мбото, миботу, монконгэ, мундамби, нсон-со, н’токо, н’гондоу, тшикалакала
1630750800
AstroniumЮжная АмерикаГатеадо, муйракатиара, тайгервуд, урундай, хобильо2160690950
Dalbergia melanoxylonАфрикаАфриканское чёрное дерево, мпинго, сенегальский эбен, пау прето,
бабанус, муфуньо, бабануси, могхано, сиббе, атийи
322012801300
MicroberliniaАфрикаАмоук, аллен эле, африканское зебровое дерево, зебравуд,
зингана, изингана, энук-энуг
1575600700
Dalbergia latifoliaАзияВосточно-индийское розовое дерево, яванский палисандр, индонезийское розовое дерево,
бомбейское чёрное дерево, малабар, сонокелинг
3170700800
Муравьиное деревоЮжная АмерикаБразильский орех, лапачо, капитари, каробейра, пау д’арко,
арко, канукете, гуйака́н, арахони, зелёный эбен, таий,
грёнхарт, арквуд, бастард лигнум витае
36808001200
Milicia excelsa, Milicia regiaАфрикаКамбала, африканский тик, одум, абанг, банг, аморейра,
чамфуту, семли, рокко, лусанга
1260420670
Swartzia cubensisЮжная АмерикаМексиканский королевский эбен, уамара, банниа, каталош22009001050
Aspidosperma quebracho-blancoЮжная АмерикаКебрачо бланко850850
Schinopsis balansae, Schinopsis quebracho-coloradoЮжная АмерикаКоронильо, кебрачо колорадо сантьягэньо, кебрачо колорадо чакуэньо,
кебрачо мачо, кебрачо боли́, кебрачо сантьягэньо, пааг
12001200
Dalbergia retusaЮжная АмерикаГренадильо, ньамбар, ньамбар леги́тимо, тампизара́н, пало негро, палисандро,
фунера, никарагуанский палисандр, саламандровое дерево, коралловый палисандр
1136650900
Диптерикс душистыйЮжная АмерикаВисгуэро, иэсгуэро, кайеннский гваяк, коэмароэ, кумару́ вердадейро,
муймапаже́, тонка, шихуахуако
9001150
ЛимбаАфрикаАком, афара, баги, байе, бакомэ, белая афара, белая лимба,
били, жёлтый махагони, коджагей, лимбо, моулимба, муконджа, ндимба, нком,
чене-лимбо, чёрная лимба, фарайен фрамери, фраке́, фрам тра,
фрамо, эгоин, экблале, энд, эфрам
490400690
PlatymisciumАфрикаГранадилло, макавуд, кристобаль, панамское розовое дерево, ормигон3150750900
Swietenia mahagoni, Swietenia macrophyllaЦентральная АмерикаАгуано, американское акажу, американское м., бэйвуд, вест-индское м.,
гондурасское м., зопилотэ, каоба, крура, кубинское м., никарагуанское м.,
орура, сапото́н, табаско-м., широколистное м., юлу
800400650
EntandrophragmaАфрикаАкук, ассанг-ассиэ́, ассиэ́, асси, африканское махагони, бада, зуири,
калунги, коси-коси, мвово, ме́броу, момбойо, моурагаламандо, муёю, нджели,
огипого, омболоболо, сипо, тимби, тшимаи чёрное/красное, убилесан, утиле, эфоу-конконти
830420700
KhayaАфрикаАккра-махагони, аксим-м., африканское акажу, африканское м., бенинское м., гранд бассам м.,
дуала махони, дубини-м., кап лопез м., лагосское м., нгола, нголлон, такоради-м., ундиануну, хая
830420570
IntsiaАзия, Австралия, МадагаскарБендора, ипил, ипил лаут, каю беси, кракас прак, куила, лумпхо,
лумпхо тхале, малайпил, малайский тик, мирабоу, молуккское железное дерево, тат-такун, хинтзи
1500690960
Machaerium scleroxylonЮжная АмерикаБоливийское розовое дерево, сантос палисандр, морадилло, полосатая кавиуна2200850950
ПтерокарпусАфрика, АзияАфриканский падук, бирманский падук, андаманский падук1725600700
ДальбергияЮжная Америка, Африка, АзияОбщее название различных пород древесины, получаемых от деревьев рода Дальбергия27207501290
Bulnesia sarmientoiЮжная АмерикаВера, ибиокаи́9201100
Dalbergia decipularisЮжная АмерикаБахиа палисандр, бразильское тюльпанное дерево, буа де роз, пау краво,
пау роса, пинквуд, себастио де арруда, сего мачадо
2720800900
Тиковое деревоАзия1000440820
Berchemia zeyheriЮжная АфрикаРозовая кость900950
Metopium browneiЮжная АмерикаКарибское розовое дерево, чёрное ядовитое дерево850960
Cordia dodecandraЮжная АмерикаСирикоте, зирикоте2400800900
ЭбеновыеАфрика, АзияКамерунский эбен, цейлонский эбен, мадагаскарский эбен, макассарский эбен, мунский эбен17209501050
ЯтобаЮжная АмерикаАвати́, алгарроба, алгарробо, белый локаст, бразильская вишня,
вест-индский локаст, джатоба́, джутаби́, джутаи́, гуапинол,
итаиба локаст, кауанари, копалье, короборэ, курбарил,
локаст, коапинол, ньэрэ, фаинэйра
23509001150

Примечания

  1. 1 2 Таблица твёрдости по шкале Янка

Влияние отрицательной температуры и влаги на прочность цельной и клееной древесины Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

□

УДК 624.011.1/2

А. А. Винокуров, И. А. Докторов, М. Ф. Лавров

ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАГИ НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕЛЬНОЙ И КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

В статье приводится анализ литературного обзора методов и подходов для повышения качества клееной древесины. Рассмотрены опытные данные применения этих методов для придания клеевым соединениям древесины надежности и долговечности в условиях отрицательных температур. Намечены основные пути модифицирования карбамидоформальдегидных смол с целью придания морозостойкости клеевым соединениям.

В настоящее время в Якутии развиваются деревянное домостроение, мансардное строительство, налаживается производство клееных деревянных конструкций. На многих предприятиях установлено современное высокопроизводительное оборудование, позволяющее получить качественно обработанную древесину.

Однако опыт изготовления и эксплуатации в северных условиях строительных изделий и конструкций, склеенных из древесины местных хвойных пород — сосны и лиственницы — показал, что стойкость клеевых соединений при использовании традиционных клеев оказывается недостаточной.

Так, некоторыми из них начато производство клееных брусьев для малоэтажного деревянного строительства. В данном случае в качестве клеевого материала используются водно-дисперсионные клеи зарубежных производителей КЬЕШЕШТ и ТиИМБЯ (Германия), в состав которых кроме самого клея входит отвердитель. Производители клеев «гарантируют при соблюдении требуемых норм и режимов высокое качество и надежность склеивания древесины, эксплуатируемой даже в атмосферныхусловиях».

Однако после 4 лет эксплуатации домов из клееных брусьев были выявлены дефекты в виде расслоения конструкций и размыва их клеевых прослоек. Следует отметить, что поливинилацетатные (ПВА) клеи, использованные при склеивании брусьев, по своей природе относятся к виду неводостойких клеев. Как известно, полимеризация основного компонента винилацетата происходит в водной эмульсии, а в качестве эмульгатора применяют поливиниловый спирт, растворяющийся в воде [1].

В связи с этим потребовались данные по анализу влияния отрицательных температур и влаги на прочностные свойства древесины и современных клеевых материалов.

Первые отечественные исследования по установлению механических характеристик древесины в замороженном

состоянии были проведены А.А. Солнцевым [2], позже -А.Н. Елхиным [3], А.И. Фоломиным [4].

За рубежом механические характеристики древесины были изучены В. Thunell [5] ив широком диапазоне температур от -200 0С до +200 0С — Fr. Kollman [6].

Более подробно механические характеристики замороженной сосны, березы и дуба при сжатии, статическом изгибе, скалывании и раскалывании были изучены А.А. Солнцевым [2] в Центральном научно-исследовательском институте механической обработки древесины (ЦНИИМОД). Методика эксперимента заключалась в следующем: все образцы на указанные виды испытаний выдерживались в воде до полного насыщения влагой, а затем одна партия испытывалась в незамороженном состоянии, а вторая — в

замороженном состоянии при температуре -10_____—12 °С.

Установлено достоверное (кроме ударного изгиба) различие пределов прочности замороженной и незамороженной древесины.

Влияние отрицательных температур на механические характеристикидревесины исследовалМ.Д. Бойко [7]. В отличие от работ B.C. Панфилова [1] и А.А. Солнцева [2] Здесь принят более широкий диапазон температурно-влажностных состояний древесины. Так, все испытания были проведены при следующих значениях температуры: +15 °С, -1 °С, -15 °С, -30 °С, -45 °С, -79 °С. Образцы имели влажность: 0%, 8-10%, 15-18%, 28-30%, 60-65%, 110130%. Общим выводом исследований М.Д. Бойко следует считать возрастание прочности древесины с понижением температуры, что объясняется фазовым превращением влаги, содержащейся в древесине, в лед.

Установлено, что заметное увеличение пределов прочности происходит до -25.. .-30 °С, при дальнейшем понижении температуры увеличение прочности происходит менее интенсивно. Подобные результаты были получены также А.Н. Елхиным [3].

U 71

Совсем по-другому ведет себя древесина при действии переменной температуры. Испытания сосны и пихты проведены при воздействии переменных температур [1]:

а) первая партия образцов в течение трех суток выдерживалась при +70 0С, потом в течение трех суток при -70 0С;

б) вторая — в течение трех суток выдерживалась при -70 °С, столько же времени при +70 °С, а затем в течение 10 суток при комнатной температуре.

Наиболее существенное снижение прочности образцов (на 12-17% от контрольных) наблюдалось при первом режиме испытания. При втором режиме снижение прочности составило меньше 5-7%, что можно объяснить релаксацией внутренних напряжений в период 10-дневной выдержки при комнатной температуре.

Как показали испытания А.И. Фоломина [4], при однократном замораживании до -15 °С мокрой древесины снижение прочности при -30 °С на сжатие вдоль волокон составляет 11,7% по сравнению с образцами, замороженными в сухом состоянии. Снижение прочности, по всей вероятности, вызвано в большей степени влиянием влажности, т.к. испытание проводилось при незначительной отрицательной температуре (-5.. .-15 °С), а влажность сопоставляемых образцов имеет существенное различие (14% и 104,7%).

У всех вышеназванных исследователей просматривается единая точка зрения: при воздействии постоянной отрицательной температуры статическая прочность древесины возрастает. Причем возрастание предела прочности находится в зависимости от влажности древесины —

чем влажность больше, тем резче происходит это увеличение (рис. 1).

Главной причиной увеличения прочности древесины при отрицательных температурах считается образование льда. При замораживании древесины возможно образование некоего «ледяного скелета», т.к. влага, содержащаяся в порах и трахеидах древесины, сообщается через отверстия, имеющиеся в стенках клетки, а также через окаймленные поры трахеид. Так, у сосны на 1 мм трахеиды ранней зоны древесины приходится от 28 до 64 пор, а среднее число пор на трахеиде сосны составляет 80-90 пор [8].

Запасы древесины в Якутии оцениваются в 9 млрд м3 [9]. Около 80% лесного массива составляет лиственница, остальные 20% — сосна, береза, ель и другие породы древесины. Известно, что северная древесина в силу суровых условий её произрастания отличается значительной плотностью, высокосмолистостью, повышенным содержанием поздней древесины, сучковатостью, наличием за-комелистости, эксцентриситета и др.

Одним из способов повышения качества изделий из древесины, бесспорно, является метод ее склеивания. Клееная древесина широко применяется в строительстве зданий и сооружений, в производстве строительных деталей и заготовок.

Технология склеивания древесины должна быть основана на применении клеев, обладающих комплексом положительных качеств, таких как простота и технологичность, доступность и дешевизна, нетоксичность, высокие эксплуатационные свойства.

Р, %

2

1

-<50 -20 0 20 60 Т_’0

Рис. 1. Изменение предела прочности древесины в зависимости от температуры и влажности [1]: 1 — абсолютно сухая древесина; 2 — влажность древесины 30%

Р — изменение прочности,%; Т — изменение температуры, °С

72 -а-

Создание клеев с требуемым комплексом свойств -задача исключительно сложная по ряду причин. Например, до сих пор отсутствуют достаточно четкие теоретические представления, позволяющие синтезировать новые полимеры со специфическими адгезионными свойствами.

Многочисленные теории и концепции, рассматриваемые в работе В.И. Азарова [10], затрагивают главным образом частные вопросы адгезии и, безусловно, представляют большой интерес, потому что расширяют наши представления о механизме адгезионных процессов, а также полезны при создании новых клеев. Однако, по утверждению В.Е. Цветкова [11], универсальной ни одна из этих теорий не является. Правомерно говорить лишь об единой, научно обоснованной системе представлений, которая охватывает весь круг вопросов, относящихся к явлениям адгезии, объясняет их взаимосвязь, механизм и особенности проявления в различных конкретных условиях. Но конкретных рекомендаций по созданию полимеров специального адгезионного назначения до настоящего времени не существует.

Известно, что полимер составляет основу клея, а выбор полимера является первым и решающим шагом при создании клея.ду адгезивом и субстратом.

Важную роль в адгезионных соединениях играют меж-фазные молекулярные силы. Вводя в состав клеев специальные добавки, влияющие на механизм адгезионного взаимодействия, можно существенно влиять на структуру прилегающего к твердой поверхности слоя полимера, а, следовательно, на адгезионную прочность. Поэтому при создании полимерных клеев с заранее заданными свойствами необходимо правильно выбрать клеящий полимер, отвердитель и остальные компоненты системы, а также разработать технологию изготовления клея, способ подготовки поверхности субстратов под склеивание данным клеем и технологию его применения. Только комплексное решение этих вопросов может обеспечить надежность работы клееной конструкции в процессе эксплуатации.

В настоящее время водостойкие клеи на основе фе-ноло- и резорциноформальдегидных смол на предприятиях Якутии практически не применяются (из-за дороговизны и неудовлетворительных токсикологических свойств они отсутствуют на рынке). Однако потребность в водостойких изделиях для строительства, а, следовательно, и в водостойких клеях постоянно растет. Для увеличения выпуска изделий, обладающих стойкостью в климатических условиях Севера, необходимы новые технологии склеивания древесины с применением современных материалов.

На фоне этой проблемы наиболее привлекательными являются клеевые композиции на основе карбамидофор-мальдегидных (КФ) смол.

КФ клеи являются наиболее крупнотоннажными, применяемыми для склеивания массивной древесины, фанеры, древесно-стружечных плит, клееных деревянных конструкций и др. Они относительно дешевые в силу доступности сырья для их производства (карбамида и формальдегида).

Когезионная прочность КФ клеев, как правило, выше прочности большинства наиболее распространенных мягких пород, используемых в деревообработке, и сопоставима с прочностью древесины некоторых твердых пород.

Чистые КФ смолы и клеи на их основе не обладают высокой водостойкостью, недолговечны и токсичны после отверждения. Исследованиями группы ученых под руководством Е. И. Карасева [11] в лаборатории технологии древесных плит и пластиков МГУ леса установлено, что полимеры на основе КФ смол отличаются повышенной хрупкостью, объясняемой их структурными особенностями.

Улучшение физико-химических свойств, технологических и эксплуатационных показателей КФ смол достигается, главным образом, их химическим модифицированием.

Водостойкость и атмосферостойкость — это основные показатели, определяющие эксплуатационные характеристики клееной древесины. Атмосферные воздействия, жесткие условия эксплуатации, в том числе и повышенная влажность, ускоряют в ней процессы старения, которые обусловлены нарушением структуры и строения макромолекул связующего вещества. Эта проблема особенно актуальна для КФ смол, отличительной особенностью которых является повышенная чувствительность к воздействию влаги, проявляющейся в гидролитическом разрушении клеевых соединений.

Процессы старения клееной древесины сопровождаются, как правило, снижением физико-механических и диэлектрических показателей, выделением формальдегида. Основными методами, снижающими гидрофильность полимеров, считают гидролитическую стабилизацию смол и материалов на их основе за счет введения гидрофобных модификаторов и добавок. В качестве модификаторов такого рода используются преимущественно вещества олигомерного типа или органические соединения, способные в условиях конденсации образовывать таковые. Выбор этих соединений основан на том, что они должны не только проникать в структуру КФ смол с образованием дополнительных связей, но и блокировать метилольные группы, препятствуя их гидролизу, а также связывать отщепляющийся формальдегид в процессе отверждения.цающейся смолы с повышенной жизнеспособностью синтез ведут в присутствии хлористого цинка [12].

Технология введения большинства существующих водостойких добавок, описанных в отечественной и зарубежной литературе, возможна только в процессе синтеза, что значительно усложняет его применение в регионах, где отсутствует химическая промышленность.

Для этого случая наиболее приемлем метод модификации смол путем совмещения олигомеров. Как правило, совмещенные клеи получают на основе термореактивных и термопластичных смол. Благодаря такому сочетанию удается в некоторой степени совместить положительные свойства той и другой группы клеев.

В нашем случае более перспективным способом является совмещение карбамидного клея с ПВА дисперсиями. Они совмещаются в любых соотношениях, полученные композиции отличаются хорошими показателями по водостойкости, теплостойкости и способности выдерживать длительные нагрузки. Свойства совмещенного состава зависят от количественных соотношений основных компонентов, так, содержание ПВА компонента может быть от 10 до 50%. При совмещении происходит перестройка структуры дисперсии, связанная с наличием в ПВА поливинилового спирта (ПВС), который взаимодействует с метилольными группами продуктов конденсации карбамида с формальдегидом, а также свободным формальдегидом, находящимся в олигомере, снижая при этом его токсичность. При взаимодействии со свободным формальдегидом в кислой среде образуется поливинилформаль, причем при нормальных условиях эта реакция идет медленно. В этих же условиях ПВС взаимодействует с метилольными соединениями карбамида с высокой скоростью с образованием эфирных связей. Продукты взаимодействия ПВС с вышеперечисленными соединениями отличаются повышенной водостойкостью [10].

При использовании совмещенных клеевых составов значительно упрощаются процессы его внедрения в производство, оно не вызывает дополнительных затрат и не снижает производительности технологических линий. Большой интерес также вызывает вопрос совмещения КФ смол с новыми модификациями ПВА дисперсий. Однако в этом случае отсутствуют данные научных исследований в этом направлении.

В связи с этим нами проведены исследования с целью установления оптимальной клеевой композиции [1], отвечающей современным требованиям. К ним отнесены такие технологические свойства, как простота в приготовлении, оптимальная стабильность, нетоксичность, а также такой высокий эксплуатационный показатель, как способность образовывать прочные водостойкие соединения. Кроме того, они должны отвечать следующим экономическим требованиям: относительная дешевизна и простота их внедрения в производственный процесс.

Для выполнения поставленной цели потребовались

дополнительные данные по анализу влияния отрицательных температур на технологические и эксплуатационные свойства клеев.

Исследования проводили на основе современных клеевых материалов — карбамидоформальдегидной смолы марки КФЖ-М (малотоксичная), разработанной на базе кафедры технологии древесных плит и пластиков Московского госуниверситета леса (ТУ 5534-00257561-03-94), и двухкомпонентной модифицированной ПВА дисперсии ТиКМЕЯ-ЖР500Н германского производства. Следует отметить, что модифицированные ПВА содержат в качестве отвердителя сложные кислотные составы на основе изоцианатов, стоимость которых в десятки раз дороже самой дисперсии. Такая высокая стоимость клеев, несомненно, сказывается на себестоимости продукции предприятий. В данном случае альтернативой могут служить все те же карбамидные клеевые композиции, не уступающие своими прочностными свойствами, а стоимость их на порядок ниже.

Смола КФЖ-М и ПВА дисперсия по всем физико-химическим и физико-механическим показателям удовлетворяли требованиям стандартов и нормативов.

Влияние низких температур на свойства изучаемых клеевых материалов исследовали в условиях хранения их при температуре от -10°С до -40°С. Испытания при температурах -10°С и -20°С проведены в климатической камере, а при -30°С, -40°С — в условиях естественного мороза. Такой режим разработан с целью приближения хода испытаний к реальным условиям хранения и транспортирования клеевых материалов на предприятиях в зимнее время. Как показывают полученные данные, выдержка этих олигомеров при низких температурах приводит к повышению вязкости, а той кристаллизации и непригодному состоянию после оттаивания (для ПВА дисперсий).

Интенсивность нарастания вязкости у карбамидофор-мальдегидных смол и клеев значительно ниже, если они хранились при отрицательной температуре, чем у смол, хранившихся в помещении при температуре 20-25°С. Однако нарастание вязкости смолы при -20°С более интенсивно, чем при -10°С, а при температуре -40°С (полное замерзание олигомеров) оно замедляется. Аналогичным образом изменяется этот показатель у клеев (рис. 2).

Замораживание ПВА дисперсии без отвердителя уже при -20°С после 5 суток хранения существенно повышает ее вязкость, и клей после оттаивания уже не пригоден для использования.

На основе исследуемых клеев КФЖ-М и ПВА, хранившихся при отрицательных температурах, и контрольных (клеи при температуре 20-25°С) были склеены образцы для скалывания вдоль волокон по ГОСТ 15613.1-84. Результаты испытаний показали, что предел прочности образцов на КФЖ-М, хранившихся при отрицательных температурах, не снизился по сравнению с контрольными образцами. У образцов на ПВА дисперсии с отвердителем отмечено снижение этого показателя с 4,6 до 4,3 МПа.

74 -а

I

ГО

о

*

м

те

га

•20-25 град.

• минус 10 град.

• минус 20 град. •минус 30-40 град.

Продолжительность, сут

Рис. 2. Изменение вязкости карбамидоформальдегидной смолы КФЖ-М в процессе хранения при отрицательных температурах

Полученные данные позволяют заключить, что при хранении смолы КФЖ-М в среде с отрицательной температурой от -10°С до -40°С ее клеящие свойства не ухудшаются. ПВА дисперсию хранить при отрицательной температуре не рекомендуется.

Один из поставленных в наших исследованиях вопросов сводился к определению эксплуатационных показателей, т.е. морозостойкости клееной древесины на основе изучаемых клеев.

Для этого проведены исследования стойкости клеевых соединений при воздействии влаги, низких температур, цикличных температурно-влажностных воздействий и атмосферостойкости. Методика экспериментов основана на стандартных рекомендациях (ГОСТы 17005, 18446, 17580, 19100), но с некоторыми уточнениями применительно для условий Центральной Якутии. Так, например, температура испытаний образцов понижена до -45°С в исследованиях стойкости при отрицательных температурах, изменены режимы цикличных температурно-влажностных воздействий.

Общие результаты экспериментальных исследований приведены в таблице и на рис. 3.

Полученные данные свидетельствуют о низкой морозостойкости и непригодности изучаемых клеевых материалов в производстве изделий и конструкций, несущих большие нагрузки, но они вполне подходят (особенно КФЖ-М) для склеивания изделий, эксплуатируемых в умеренных температурно-влажностных режимах, например, для деталей оконных и дверных блоков, ограждающих конструкций — брусьев (при условии защитной обработки торцевых частей).

С целью получения оптимального состава клеевой композиции нами предложено использовать клеи на основе карбамидоформальдегидной смолы КФЖ-М с добавлением поливинилацетатной двухкомпонентной дисперсии (КФПВА). Модифицирование при этом происходит простым совмещением, что вполне возможно в производствен-

ных условиях. Эта технология не вызывает дополнительных затрат на внедрение и не снижает производительность установленных линий.

В состав модифицированного клея входят 70 массовых частей смолы КФЖ-М с отвердителем — 20% раствором хлористого аммония (вводится в количестве 1 массовой части по сухому остатку смолы) и 30 массовых частей поливинилацетатной дисперсии «ТиКМЕК-ЖР500Н» с отвердителем (вводится в количестве 5 массовых частей от количества ПВА). Модифицированный клей имеет концентрацию 65-75%; рН=6,5-7,5; время желатинизации при 100°С — 25-30 с, а при 20°С — 8-11 часов. Наполнителем служит древесная мука марки 180 поГОСТ 16361-70. Клей наносится на обе поверхности заготовок с расходом 250300 г/м2; открытая выдержка составляет 10-15 мин при температуре +18…+22°С, закрытая выдержка до запрессовки 5-10 мин, время выдержки под давлением 24 часа, давление прессования в займах 0,7-1,0 МПа (повышенная в связи с жесткостью древесины).

При испытании образцов установлено, что клеевые соединения на модифицированном карбамидном клее обладают достаточной и более высокой морозостойкостью по сравнению с соответствующими показателями соединений, выполненных на отдельно взятых составляющих модифицированного клея. Отмечено, что прочность клееных образцов в замороженном состоянии выше, чем при нормальных условиях за счет повышения жесткости и снижения гибкости молекулярных цепей, образующих целлюлозный субстракт и лигнинный скелет. Разрушение образцов при испытании на скалывание происходит преимущественно по клеевому слою, из чего можно заключить, что прочность клея в замороженном состоянии меньше, чем прочность древесины, тогда как при испытании в нормальных температурно-влажностных условиях это соотношение обратно.

Как видно из рис. 3, наиболее лучшие показатели имеет совмещенный состав. Прочность клеевых соединений совмещенного состава после 12 месяцев экспонирования

и 75

Таблица

Результаты экспериментальных испытаний клеевых соединений древесины

(прочность при скалывании вдоль волокон, МПа)

Виды испытаний Сосна Лиственница

КФЖ-М ПВАД КФЖ-М ПВАД

Контрольные образцы (после выдержки в течение 14 дней притемпературе 18-220С, относительной влажности воздуха 50-60%) 3,60 3,42 4,60 5,41

Водостойкость 1,66 0,69 2,53 1,26

Циклические температурновлажностные воздействия, после 3 циклов после 10 циклов после 20 циклов 1,07 1,54 0,87 0,68 0,93 0,69 1,78 0,38 0,63 0,41 0,98

Морозостойкость при (-450С): при влажности 110% при влажности 20% 0,47 1,17 0,43 1,24 0,72 1,42 0,51 1,02

к

к

к

Л

и

3

и

о

к

к с

к *5

о

к

СҐ

о

Л

к

ч

£

Продолжительность, мес.

-•-КФЖ-М -И-ПВАД -А-КФПВА

Рис. 3. Атмосферостойкость клеевых соединений древесины

в атмосферных условиях составляет 4,8 МПа против 2,9 МПа КФЖ-М и 4,2 МПа ПВАД. Однако относительное изменение прочности от начального показателя составляет у КФПВА -14%, ПВАД +23% и КФЖ-М -19%. Существенное повышение прочности у ПВАД объясняется термопластичными свойствами дисперсии — они способны размягчаться и ослабевать при нагревании и увлажнении, но восстанавливать первоначальную прочность при выдержке в нормальных условиях. По мнению Л.М. Ковальчук [14] и А.С. Фрейдина [15], такой характер изменения прочностных свойств не может быть гарантией на-

дежности и долговечности клеевых соединений. На этом фоне показатели совмещенного состава, у которого в силу превышения количества КФ компонента преобладают термореактивные свойства, более убедительные. При внедрении данной технологии модифицирования клеев можно достигать до 18-20% экономического эффекта.

Литература

1. КовальчукЛ.М. Технология склеивания. М.: Лесная промышленность, 1973. 208 с.

76 -а

2. СолнцевА.А. Физико-механические свойства замороженной древесины // Информационный листок / ЦНИИМОД. 1939. № 84. С. 5.

3. ЕлхинА.Н. Влияние отрицательных температур на механические свойства древесины при различной влажности ее: Дис…канд. техн. наук. Омск, 1954. 350 с.

4. ФоломинА.И. Влияние замораживания древесины сосны на предел ее прочности при сжатии вдоль волокон: Сб. трудов. М., 1953. С. 50-57.

5. Thunell B. Hallfasthetsegenskaper hos svenskt furnvicke utan Kvistar och defekter // The Royal Swedish Inst. for Eng. Research. № 161. 1941. C. 40.

6. Kollmann Fr. Die mechanisthen Eigenschaften Verschiedener fuechter Holzen im Temperaturberich von -200 bis +200 // V.D.T. Torschungsheft. № 403. 1940. C. 92-98.

7. Бойко М.Д. Влияние температурно-влажностного состояния древесины на ее прочность. М.: Госстройиздат, 1952. 96 с.

8. БуслаевЮ.Н. Исследование влияния отрицательной температуры и влаги на долговечность клееных элементов деревянных конструкций (на примере Центральной Якутии): Дис…канд. техн. наук. Л.: ЛИСИ, 1982. 225 с.

9. Перелыгин Л.М. Строение древесины. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 199 с.

10. Тимофеев П.А., Исаев А.П., ЩербаковИ.П. и др. Леса среднетаежной подзоны Якутии. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. 140 с.

11. Азаров В.И. Склеивание массивной древесины модифицированными карбамидными клеями // Деревообрабатывающая промышленность. 1981. № 6. С. 4.

12. Цветков В.Е. Совершенствование процесса склеивания древесных материалов: Дис…докт. техн. наук. М.: МЛТИ, 1990. 350 с.

13. КарасевЕ.И., ЦветковВ.Е., КравченкоВ.В., Суханова Е.М., Федорова А.А., Зимина И.В., Хрусталее Ю.А., СологубЕ.Д. Создание процесса синтеза принципиально новых видов связующих -низкомольных карбамидоформальдегидных олигомеров // Отчет по научно-исследовательской работе. М.: МЛТИ, 1991. 76 с.

14. Авторское свидетельство № 537087 (СССР).

15. Винокуров А.А. Технология склеивания древесины модифицированными карбамидоформальдегидными клеями (на примере Якутии): Дис…канд. техн. наук. М.:МГУЛ, 2003. 220 с.

16. ФрейдинА.С. Прочность и долговечность клеевых соединений, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1981. 270 с.

A.A. Vinokurov, I.A. Doktorov, M.F Lavrov

Influence of Low Temperature and Humidity on Toughness of Solid and Glued Timber

The article contains the analysis of methods of glued timber quality improvement. The authors use those methods to obtain reliability to glued joints of timber at low temperatures. They also set up the ways of urea-formaldehyde resin modifying for giving the frost resistance to them.

самых крепких лесов в мире | База данных древесины

Дополнительное примечание: композитная древесина и другие искусственные материалы

Когда столяр рассматривает древесину с точки зрения прочности, естественное сравнение может быть с композитными древесными материалами — в основном, со всем, что сочетает какую-либо форму древесного материала с клеями, связующими или другие синтетические материалы. Важно помнить следующее: то, что делает древесину таким особенным материалом, заключается в ее текстуре. Чем больше продукт использует структуру древесины, тем лучше он будет работать.

Существует два основных типа композитных материалов, имеющих отношение к прочности древесины.

  • Панельные изделия, которые не полностью используют силу текстуры древесины (вместо этого подчеркивая удобство и стабильность размеров)
  • Ламинированные изделия, которые имеют определенную длинную ось древесных волокон и, следовательно, определенную ось прочности

Во-первых, давайте возьмем посмотрите на данные, чтобы иметь точку отсчета. Большинство этих композитных материалов могут сильно различаться в зависимости от породы дерева, из которой они получены (например, фанера).Также отсутствовали данные по твердости Янки и прочности на раздавливание, так что это лишь частичная картина. Тем не менее, средние значения известных значений представлены в таблице ниже и помогают составить общую картину для сравнения этих продуктов с массивной древесиной.

Прочность


индекс 9002

9002

MOE

индекс
MOR

индекс
30.9 ЛВЛ (клееный брус) 42.2 19,5
23,9 Клееный брус 34,1 13,7
12,6 Фанера 15,9 9,2
11,6 ОСП (ориентированно-стружечная плита) 14,0 9,2
11,0 ДВП 9,0 13,0
5.4 МДФ (древесноволокнистая плита средней плотности) 4.2 6,5
1,6 ДСП 2,0 1,1

Возвращаясь к двум типам композитных материалов, тем, в которых отсутствует древесное волокно/зерно, и тем, которые используют древесное волокно, можно сформировать спектр: практически нет настоящего древесного зерна, вместо этого используются синтетические материалы в сочетании с древесной мукой. Общие прочностные характеристики и способность удерживать винты ужасны, о чем свидетельствует индекс прочности, опускающийся до 1.6 для ДСП. Тем не менее, материал имеет тенденцию быть довольно твердым и стабильным, обеспечивая хорошую основу для шпона. Кроме того, хотя прочностные характеристики низкие, они более или менее одинаковы во всех направлениях.  

  • 11.6-12.6 — Фанера и OSB Состоит из более крупных кусков (или листов) древесины с неповрежденными волокнами, но с чередующейся или случайной направленностью волокон. Немного лучший модуль упругости и гораздо лучшая удерживающая способность винта, что отражается в несколько более высоком индексе прочности, достигающем в среднем 12.6 для фанеры. Все еще не в состоянии поддерживать только длинные участки груза, такие как книжные полки.
  • 23,9-30,9 — LVL и клееный брус Состоит из более крупных кусков дерева с целыми волокнами и ориентированными вдоль одной оси — наиболее близок к массивной древесине. Благодаря многократному ламинированию дерева влияние сучков и других дефектов сведено к минимуму, а слои клея также придают значительную жесткость. LVL имеет индекс прочности 30,9, во многом благодаря очень хорошему MOE.Понятно, что он очень хорошо справляется с нагрузками на более длинных пролетах.
  • LVL был описан как более прочный, чем массивная древесина, утверждение, которое верно, но также должно быть оговорено. LVL, как правило, прочнее исходной древесины, из которой он изготовлен — обычно это строительная древесина, такая как сосна. Таким образом, в поисках самой прочной древесины в мире композитные изделия могут зайти так далеко, и, обеспечивая постоянство и предсказуемость, они далеки от вершины списка.

    Столы Span

    — Южная сосна

    ПРИМЕЧАНИЕ. Приведенные здесь таблицы пролетов основаны на расчетных значениях для пиломатериалов размера южной сосны с визуальной сортировкой, которые вступили в силу 1 июня 2013 г. Нажмите здесь для получения справочной информации о расчетных значениях.

    Балки и стропила

    Упрощенные таблицы максимального пролета для выбранных визуальных и механических сортов пиломатериалов из южной сосны в размерах от 2×4 до 2×12. Перечислены 46 таблиц, основанных на общих условиях нагрузки на балки пола, потолочные балки и стропила.

    Посмотреть столы для балок и стропил

    Заголовки и балки

    Упрощенные таблицы пролетов для перекрытий, балок и балок из пиломатериалов из южной сосны и клееного бруса (клееного бруса).

    Просмотр таблиц выбора размера

    Просмотр таблиц допустимых нагрузок

    Отказ от ответственности :

    Эти простые в использовании таблицы были составлены Ассоциацией южных лесопромышленников (SFPA) в качестве услуги для специалистов по проектированию/строительству и других пользователей компании Southern Pine.

    Значения эталонного проекта относятся к продолжительности нормальной нагрузки в указанных условиях эксплуатации с влажностью. SFPA не сортирует и не тестирует пиломатериалы и, соответственно, не присваивает проектные значения пиломатериалам из южной сосны. Приведенные здесь проектные значения основаны на Стандартных правилах классификации Бюро по инспекции сосны Южной сосны для пиломатериалов из южной сосны и изменены в соответствии с требованиями Американского совета по дереву Национальная спецификация проектирования® (NDS®) для деревянных конструкций .Соответственно, ни SFPA, ни ее члены не гарантируют, что расчетные значения, на которых основаны приведенные здесь таблицы пролетов пиломатериалов из южной сосны, являются правильными, и, в частности, отказываются от какой-либо ответственности за травмы или ущерб, возникшие в результате использования таких таблиц пролетов.

    Условия использования пиломатериалов в строительстве могут сильно различаться, как и качество изготовления. Ни SFPA, ни ее члены не знают о качестве материалов, мастерстве или методах строительства, используемых в любом строительном проекте, и, соответственно, не гарантируют технические данные, дизайн или характеристики пиломатериалов в готовых конструкциях.

    Породы древесины: прочность на изгиб и жесткость — APAwood

    Классификация пород древесины по прочности на изгиб и жесткости

    Прочность на изгиб и жесткость являются наиболее важными свойствами для многих применений фанеры, включая опалубку для бетона.

    Породы древесины, используемые для изготовления лицевой и тыльной сторон фанерных панелей, подразделяются на пять групп в зависимости от их прочности на изгиб и жесткости: группа 1 — самая прочная, группа 5 — самая слабая.

    Для панелей АПА основными видами являются:

    • Дугласова пихта (группы 1 и 2) для лица и спинки; с другими породами, используемыми только для внутреннего слоя — западная лиственница, западная тсуга, настоящие пихты (бальзам, калифорнийская красная, великая, благородная, тихоокеанская серебристая и белая), пондероза и ложеольная сосна.
    • Сосна желтая южная (Loblolly, Longleaf, Shortleaf, Slash) с небольшим использованием Sweetgum и Yellow Poplar для внутренних слоев.
    Виды пяти групп – выращены в Америке
    • Группа 1: бук, береза ​​американская (сладкая, желтая), пихта Дугласаª, лиственница западная, клен сахарный, сосна южная (лоблолли, длиннолистная, коротколистная, косая), таноак
    • Группа 2: Кедр Порт-Орфорд, Кипарис, Пихта Дугласа a , Пихта (Бальзам, Калифорния.Красный, благородный, гранд, тихоокеанское серебро, белый) тсуга западная, клен черный, сосна (пруд, красный, вирджиния, белая западная), ель (черный, красный, ситка), свитгам, тамарак, желтый тополь
    • Группа 3: ольха красная, береза ​​бумажная, кедр аляскинский, пихта субальпийская, тсуга восточная, клен крупнолистный, сосна (валет, ложеол, пондероза, ель), красное дерево, ель (энгельманн, белая)
    • Группа 4: осина (большой зуб, трясущийся), кедр (ладан, западный красный), тополь (восточный, черный западный тополь, сосна (восточный белый, сахар)
    • Группа 5: Липа, Бальзам Популярный.
    Другие виды – не выращиваются в Америке
    • Группа 1: Апитонг b, c, Капур b, Керуинг b, c, Сосна (Карибский бассейн, Окот
    • Группа 2: Лауан (Малмон, Багтикан, Маяпис, Красный Лауан, Тангиле, Белый Лауан)
    • Группа 3: Mengkulang b, Meranti, Red b,d, Mersawa b
    • Группа 4: Кативо.
    Примечания:
    а. Пихта Дугласа с деревьев, произрастающих в штатах Вашингтон, Орегон, Калифорния, Айдахо, Монтана, Вайоминг и в канадских провинциях Альберта и Британская Колумбия, должна быть отнесена к Группе 1.Пихта Дугласа с деревьев, выращенных в штатах Невада, Юта, Колорадо, Аризона и Нью-Мексико, должна быть отнесена к группе 2.
    b.  Каждое из этих названий представляет торговую группу древесины, состоящую из ряда близкородственных пород.
    г.   Виды из рода Dipterocarpus, продаваемые коллективно: Apitong, если происходит на Филиппинах, Keruing, если происходит из Малайзии или Индонезии.
    д.  Красный Меранти должен быть ограничен видами, имеющими удельный вес 0.41 или более в зависимости от объема сырца и сухого веса в печи.

     

     

     

    Идентификация соответствующих индикаторных свойств :: BioResources

    Морен-Бернар, А., Бланше, П., Дагене, К., и Ахим, А. (2020). « Классификация по прочности северных лиственных пород для конструкционных изделий из дерева: определение соответствующих индикаторных свойств «, BioRes . 15(4), 8813-8832.
    Abstract

    Классификация твердой древесины по прочности является необходимым условием для ее использования в конструкционных деревянных изделиях.Однако градация прочности лиственных пород разработана значительно меньше, чем для хвойных пород. Предыдущие исследования показали, что ясень белый и береза ​​желтая являются перспективными породами для изготовления клееного бруса. Однако в Канаде не существует процедуры оценки прочности, предназначенной для лиственных пород. Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить соответствующие индикаторные свойства для прогнозирования предела прочности на растяжение исследуемых видов. Подход к выбору модели позволил определить наиболее эффективные модели и сравнить для каждого вида относительное влияние индикаторных свойств.Индикаторными свойствами, включенными в окончательные модели, были плотность образцов, динамический модуль упругости, синус максимального локального отклонения зерна (SGDmax), а также индекс площади сучка (KAI), полученный из отношения площади сучка. Окончательные модели выявили важные различия между двумя видами, указывая на то, что может быть уместно классифицировать их отдельно, чтобы обеспечить наиболее эффективное использование ресурса. Коэффициенты детерминации между фактическим и модельным UTS были равны 0.82 для белого ясеня и 0,78 для желтой березы.


    Загрузить в формате PDF
    Полный текст статьи

    Классификация по прочности северных лиственных пород для конструкционных инженерных изделий из дерева: определение соответствующих индикаторных свойств

    Александр Морен-Бернар, a,b, * Пьер Бланше, a,b Кристиан Дагене, a,b,c и Алексис Ахим b

    Для использования в конструкционных деревянных изделиях требуется сортировка древесины лиственных пород по прочности.Однако градация прочности лиственных пород разработана значительно меньше, чем для хвойных пород. Предыдущие исследования показали, что ясень белый и береза ​​желтая являются перспективными породами для изготовления клееного бруса. Однако в Канаде не существует специальной процедуры оценки прочности древесины лиственных пород. Это исследование было направлено на определение соответствующих свойств для прогнозирования предела прочности на растяжение исследуемых видов. Подход к выбору модели позволил определить наиболее эффективные модели, сравнить каждый вид и определить относительное влияние индикаторных свойств.Индикаторными свойствами, включенными в окончательные модели, были плотность образцов, динамический модуль упругости, синус максимального локального отклонения зерна ( SGD max ) и индекс площади сучка ( KAI ), который была получена из отношения площади узла. Окончательные модели выявили важные различия между двумя видами, которые указывали на то, что их следует классифицировать отдельно, чтобы обеспечить наиболее эффективное использование ресурсов. Коэффициенты детерминации между фактическим и прогнозируемым по модели пределом прочности при растяжении (UTS) были равны 0.82 для белого ясеня и 0,78 для желтой березы.

    Ключевые слова: Изделия из инженерной древесины; Клееный брус; Классификация прочности лиственных пород; Характерные свойства; северные лиственные породы; Предел прочности на растяжение; Динамический модуль упругости

    Контактная информация: a: Промышленная кафедра NSERC по экологически ответственному деревянному строительству, Университет Лаваля, 2425 rue de la Terrasse, Квебек, G1V 0A6, Канада; b: Исследовательский центр возобновляемых материалов, Университет Лаваля, 2425 rue de la Terrasse, Квебек, G1V 0A6, Канада; c: FPInnovations, 1055 rue du P.EPS, Квебек, G1V 4C7 Канада; * Автор, ответственный за переписку: [email protected]

    ВВЕДЕНИЕ

    В последние несколько десятилетий возобновился интерес к использованию древесины лиственных пород в строительстве (Грин и др.  1994; Эриксон и Росс 2005; Айхер и др.  2014). Их доступность, впечатляющие механические свойства и характерный внешний вид являются одними из основных факторов, стимулирующих разработку новых изделий из конструкционной инженерной древесины из различных широколиственных пород.Ценность древесины лиственных пород и ее потенциал для использования в инженерных изделиях из дерева зависит от знания ее механических свойств и поведения под нагрузкой. Однако присущая лиственным породам изменчивость, связанная со структурой и анатомическими особенностями, вызывает неопределенность в отношении их механических свойств. Типы клеток, их соотношение, относительное количество их химических компонентов, характер и обилие дефектов, снижающих прочность, сильно различаются между видами, внутри особей данного вида и даже в пределах одного дерева (Паншин и др.). Zeeuw 1970; Ridley-Ellis и др.  2016).

    В инженерных приложениях эта неопределенность управляется с помощью подходов к проектированию, учитывающих естественную изменчивость материала. Учет уровня 5 th  процентилей от нормального распределения свойств пиломатериалов (также называемых характеристическими свойствами) в проектных расчетах является широко распространенной практикой. Однако изменчивость настолько велика, что установление характерных свойств, применимых ко всем лиственным породам или даже к одной породе, привело бы к неэффективному использованию сырья (Ravenshorst 2015).Процесс сортировки по прочности позволяет разделить древесину на группы с одинаковыми прочностными характеристиками, что позволяет более эффективно и экономно использовать ресурс. Для изделий из инженерной древесины, таких как клееный брус (клееный брус), сортировка пиломатериалов позволяет определить и выбрать самый прочный материал в наиболее востребованных частях поперечного сечения балки.

    Процесс классификации прочности основан на измерении различных параметров, называемых индикаторными свойствами (IP), которые влияют на прочность древесины и могут быть измерены неразрушающим образом (Erickson and Ross 2005; Schlotzhauer et al.  2019). Наклон волокон, сучки, плотность и модуль упругости являются одними из наиболее распространенных характеристик, измеряемых для классификации пиломатериалов по прочности. Влияние наклона волокон связано с ортотропной природой древесного материала, который обладает независимыми механическими свойствами по трем различным осям, а именно по продольной, тангенциальной и радиальной. Древесина является самой прочной по продольной оси, когда нагрузка прикладывается параллельно направлению волокон древесины, сосудов или трахеид (Bodig and Jayne, 1982; Ross, 2010).Однако в пиломатериалах это достигается редко. Условия роста и особенности строения деревьев, а также форма распиловки досок могут привести к получению пиломатериалов, в которых волокна не параллельны продольной оси; это представляет собой то, что называется наклоном зерна или отклонением зерна. Поскольку древесный материал значительно слабее, когда нагрузка приложена перпендикулярно волокнам, любое отклонение волокон от продольной оси снижает прочность пиломатериала. Эта взаимосвязь была изучена и может быть аппроксимирована с помощью уравнения Хэнкинсона (Bodig and Jayne, 1982; Ross, 2010; Ravenshorst, et al.  2019).

    Сучки — это остатки ветвей, которые были более или менее перпендикулярны продольной оси ствола дерева. Считается, что в пиломатериалах сучки уменьшают эффективное поперечное сечение и вызывают прерывистость ориентированной структуры древесины. Деформация волокон вокруг узла создает концентрацию напряжения, которая напрямую связана с долей поперечного сечения, занимаемой узлом (Ross 2010; Ravenshorst 2015). Кроме того, узлы оказывают большее влияние на прочность при осевом растяжении, чем при изгибе (Грин и др.  1999). Плотность древесного материала также связана с его прочностью. Теоретически более высокая плотность подразумевает большее количество материала клеточной стенки на единицу объема и, следовательно, более высокую прочность. Однако эта взаимосвязь проявляется только в чистых образцах древесины и значительно слабее при наличии таких дефектов, как отклонения волокон или сучки (Бендтсен и Янгс, 1981; Росс, 2010; Равенсхорст, 2015). Известно, что модуль упругости как мера жесткости является хорошим показателем прочности древесины на изгиб (Росс, 2010; Равенсхорст, 2015).Он часто используется в сочетании с плотностью в качестве основы для оценки прочности древесины, поскольку эти свойства вместе зависят от других свойств, таких как наличие отклонений волокон и сучков (Ravenshorst 2015).

    Большинство методов сортировки можно разделить на визуальную или машинную сортировку. Визуальная классификация основана на характеристиках, которые можно оценить визуально, таких как положение, размеры и количество сучков, наклон волокон и наличие реактивной древесины, трещин, обзола или гнили (Ravenshorst 2015; Ridley-Ellis ). и другие.  2016). Визуальная сортировка была единственным доступным методом до 1960-х годов, а с 1990-х годов сортировка основывалась на крупномасштабных испытаниях пиломатериалов (Galligan and McDonald 2000). Однако следует добавить значительный запас прочности, чтобы учесть ограниченную точность оценки человеком и неопределенность взаимосвязей между визуальными характеристиками и силой. Поэтому визуальная классификация не позволяет наиболее эффективно использовать реальные свойства древесины. Классификация прочности машин в настоящее время хорошо известна, и доступны различные методы и оборудование для измерения свойств, которые можно или нельзя оценить визуально.Эти свойства включают модуль упругости, плотность, содержание влаги и направление волокон древесины (Galligan and McDonald 2000). В настоящее время большинство подходов к оцениванию основаны на сочетании визуальных и машинных методов (Niemz and Mannes 2012; Ehrhart et al.  2016a). Например, пиломатериалы с оценкой механической прочности (MSR) также оцениваются визуально, поскольку добавление информации об узлах к жесткости значительно повышает точность процесса (Бендтсен и Янгс, 1981).

    Структура и механические свойства лиственных пород более сложны и более изменчивы, чем у хвойных пород (Panshin and Zeeuw 1970; Bollmus et al.  2017), поэтому процесс сортировки необходим для их использования в конструкционных приложениях. Классификация по прочности лиственных пород значительно менее развита, чем для хвойных (Коврига и др. 2019а; Вайденхиллер и др.  2019), что, вероятно, связано с тем, что механические свойства лиственных пород менее предсказуемы (Шлотцхауэр и др. ). 2019). В Канаде преобладающее использование лиственных пород в декоративных изделиях определило метод сортировки. Пиломатериалы из лиственных пород распиливаются на заводские, а не на размерные пиломатериалы, и классифицируются по внешнему виду, а не по механическим свойствам (NHLA 2019).Более того, сортировка древесины лиственных пород на основе предела прочности при растяжении, которая актуальна для натяжных ламинатов клееного бруса, все еще находится на ранних стадиях разработки. Несмотря на то, что европейский стандарт CEN EN 338 (2016) включает классы прочности на растяжение для хвойных пород, он еще не включает классы прочности на растяжение для лиственных пород.

    Однако исследования, проведенные в Соединенных Штатах в начале 1990-х годов, показали, что отношения между механическими свойствами древесины хвойных пород, на которых основаны современные методы оценки прочности, применимы и к древесине лиственных пород (Green et al.  1994). По сравнению с хвойными породами большинство лиственных пород имеют более высокий предел прочности при растяжении (UTS) для заданного предела прочности на изгиб (MOR) и более высокий предел прочности при изгибе для заданного модуля упругости (MOE). Следовательно, использование зависимостей хвойных пород (Грин и др. 1994; Коврига и др. 2019b) для прогнозирования характерных свойств лиственных пород может быть чрезмерно консервативным. Более того, трудно предсказать механические свойства некоторых пород древесины лиственных пород (Weidenhiller et al.  2019), а взаимосвязи между индикаторными свойствами различаются в зависимости от вида (Коврига и др. . 2019b).

    Предыдущая работа показала, что ясень белый ( Fraxinus americana  L.) и береза ​​желтая ( Betula alleghaniensis  Britt.) являются перспективными породами для производства клееного бруса (Morin-Bernard  et al.  2020). Однако имеется мало научных знаний о механических свойствах этих видов, которые в настоящее время не классифицируются по прочности в Канаде.Это исследование было направлено на определение наиболее подходящих индикаторных свойств, измеренных с помощью комбинации методов визуальной и машинной классификации, для прогнозирования предельной прочности на растяжение древесины белого ясеня и желтой березы с использованием подхода к моделированию. Кроме того, обсуждалось относительное влияние IP на их механические свойства и их способность подвергаться процессу сортировки по прочности. Насколько нам известно, это первое исследование, которое заложило основу для эксплуатационной и промышленно применимой классификации исследуемых видов по прочности на растяжение.Это исследование было частью более широкого проекта, направленного на поощрение использования северных лиственных пород в конструкционных деревянных изделиях

    .

    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ

    Материалы

    Пиломатериалы из исследованных лиственных пород были приобретены у Goodfellow Inc. в Квебеке, Канада. Доски перерабатывались в ламели с размерами поперечного сечения 38 мм × 38 мм и длиной 1830 мм. Полученные образцы состояли из ламелей с широким спектром дефектов, снижающих прочность, и ламелей без сучков или каких-либо других видимых дефектов, снижающих прочность.При наличии сучка или значительного отклонения волокон пластину распиливали так, чтобы наихудший дефект располагался в центральной части пластины в пределах испытательного промежутка. Всего было приготовлено и испытано 62 образца ясеня белого и 55 образцов березы желтой.

    Методы

    Измерение индикаторных свойств и неразрушающий контроль

    Максимальное локальное отклонение волокон, максимальное отклонение волокон на длине, эквивалентной ширине образца, и средний наклон волокон в испытательном пролете 610 мм (средняя треть) были зарегистрированы на каждой грани образцов.Средний наклон волокон на четырех сторонах детали был получен из измерений. Из-за сложности измерения направления волокон в твердой древесине использовались несколько методов. Когда присутствовала радиальная поверхность, границы годичных колец использовались для определения угла зерна, как это было предложено Кёлером (1955). Для менее очевидных образцов для обеспечения точности измерений использовали увеличительное стекло, чертилку и образец после разрушения при растяжении. Данные относительно сучков были записаны с использованием концепции отношения площади сучка ( KAR ), которая соответствует проекции сучка на площадь поперечного сечения изделия.Ширина сучка, измеренная на каждой грани, где он был виден, принималась за расстояние между линиями, проведенными параллельно длине доски и охватывающими сучок. Каждый образец имел только один узел в пределах испытательного промежутка.

    Динамический модуль упругости (MOE dyn ) был измерен с использованием прибора измерения акустической скорости HM200 Director (Fiber-gen Instruments Limited, Крайстчерч, Новая Зеландия) на всех ламелях. Скорость звуковой волны, измеренная инструментом, использовалась для расчета MOE dyn по уравнению.1,

    MOE дин   = ρV  2  (1)

    , где ρ  — плотность (кг/м 3 ) и V  — скорость акустической волны (км/с).

    Чтобы подтвердить пригодность HM200 Director в качестве инструмента для измерения жесткости ламелей твердой древесины, кажущийся модуль упругости при изгибе в третьей точке был также измерен на 17 образцах белого ясеня и 18 образцах желтой березы. Пролет нагрузки 813 мм и испытательная установка соответствовали ASTM D4761 (2013).Уравнение 2 использовалось для расчета кажущегося модуля упругости ( МЧС приложение ),

    МЧС приложение  = 23Pl 3   / 108bd 3 Δ (2)

    , где P  – приращение приложенной к образцу нагрузки (Н), l  – длина изгиба (мм), b  – ширина образца (мм), d  – глубина изгиба образца (мм), а Δ — приращение отклонения образца (мм) под действием приложенной нагрузки, P .

    Обобщенные линейные модели были построены с использованием данных ламелей, которые были подвергнуты как динамическому, так и статическому измерению MOE, чтобы установить взаимосвязь между двумя методами измерения.

    Рис. 1.  Значения динамической МЧС в зависимости от кажущейся МЧС, измеренной в третьей точке изгиба, для ясеня белого (A) и березы желтой (B)

    Результаты на рис. 1 согласуются с выводами Liu et al.  (2014), который пришел к выводу, что МОЭ, измеренная с помощью динамических методов, дает на 5–20 % более высокие значения, чем значения, полученные с помощью статических методов измерения.В этом исследовании линейные модели, связывающие два метода, показали коэффициент детерминации 0,94 для белого ясеня и 0,87 для желтой березы. Коэффициенты, полученные из линейных моделей, использовались для присвоения кажущегося значения модуля упругости ламелям, для которых MOE оценивалась только с использованием инструмента акустической скорости. Соответствующие характеристики пиломатериалов, испытанных в этом исследовании, включая дефекты, снижающие прочность, показаны в таблице 1.

    Таблица 1. Соответствующие характеристики ламелей белого ясеня и желтой березы

    Испытание пиломатериалов на растяжение

    Испытание образцов на растяжение проводили на гидравлической машине для испытания на растяжение (модель 412; Metriguard Technologies Inc., Пуллман, Вашингтон, США) в соответствии с ASTM D4761 (2013) для определения осевой прочности при растяжении с испытательным пролетом 610 мм для образца шириной 38 мм. Образцы удерживались на месте с помощью захватов, предназначенных для минимизации проскальзывания. Образцы были отобраны от каждого образца после испытаний для определения содержания влаги (MC) в непосредственной близости от зоны разрушения. Значения UTS, MOE и плотности были скорректированы до содержания влаги 12% в соответствии с ASTM D1990 (2016).

    Разработка модели

    Для определения независимых переменных, влияющих на UTS ламелей, был выполнен процесс выбора модели с использованием пакета AICcmodavg (Mazerolle 2019) в среде программирования R (R Foundation for Statistical Computing, версия 3.6.3, Вена, Австрия). Процедуру проводили отдельно для каждого из видов. Три группы моделей-кандидатов, включающие в общей сложности 20 моделей, были построены 90 119 априори 90 120. В первый набор вошли модели с переменными, связанными с характеристиками, измеряемыми неразрушающим контролем ламелей, а именно динамической МОЕ и плотностью. Во вторую группу вошли модели с переменными, связанными с дефектами, зафиксированными в процессе визуальной оценки. Третья группа была создана с моделями, объединяющими переменные из двух вышеупомянутых групп.Кроме того, в анализ была включена модель только для перехвата. Переменные, включенные в модели-кандидаты, представлены в таблице 2. Из-за характера взаимосвязи между максимальным отклонением зерна и UTS потребовалось преобразование. Переменная SGD max соответствовала синусу максимального локального отклонения зернистости в радианах. Соотношение площадей узлов также требовало преобразования, чтобы избежать создания отрицательного UTS в выбранных моделях. KAI , или индекс площади узла, был создан экспоненциальным преобразованием переменной KAR .Таким образом, значение KAI стремилось к нулю по мере увеличения KAR .

    Таблица 2.  Указание свойств, включенных в модели-кандидаты

    Когда несколько моделей показали сравнимую производительность ( т. е. , аналогичные значения AICc ), окончательная модель была построена на основе мультимодельного вывода, который также известен как усреднение модели. Этот подход, описанный Mazerolle (2006), использует веса Акаике моделей для взвешивания оценок и стандартных ошибок (SE) каждого параметра, что приводит к оценкам и SE, которые учитывают информацию всех соответствующих моделей.Все выбранные модели представляли нормально распределенные ошибки и однородные дисперсии. Взаимодействия между объясняющими переменными были отклонены.

    РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

    Результаты испытаний на прочность на растяжение

    Предел прочности при растяжении и другие соответствующие свойства образцов, испытанных на растяжение, показаны в таблице 3. Механические свойства, определенные в ходе испытательной кампании, оказались несколько выше, чем в литературе.Для белого ясеня Jessome (1977) сообщил о среднем MOE 12 800 МПа (13 406 МПа с поправкой на 12% MC), тогда как заявленный MOE для желтой березы составлял 14 100 МПа (14 700 при 12% MC). Соответствующие средние значения плотности по данным Jessome (1977) составляют 690 кг/м 3 для белого ясеня и 670 кг/м 3  для желтой березы. Отсутствуют данные о УТС исследованных видов.

    Таблица 2. UTS и другие соответствующие свойства ламелей белого ясеня и желтой березы, испытанные на растяжение

    Таблица 3. Рейтинг моделей-кандидатов и соответствующие показатели для белого ясеня после выбора модели

    Результаты процесса выбора модели

    В таблице 4 показано ранжирование моделей-кандидатов для белого ясеня после процесса выбора модели на основе AICc. Лучшей моделью для прогнозирования UTS белого ясеня была модель 14 (AICc = 533,42, w i  = 0,69). Эта модель включала визуально оцененные переменные, а именно максимальное локальное отклонение зерна (SGD max ) и индекс площади сучков (KAI), а также плотность и динамическую МЧС (MOE dyn ).Второй лучшей моделью была модель 17 (AICc = 535,21, w i = 0,28), которая включала все переменные из модели 14, кроме плотности. Третьей наиболее эффективной моделью была модель 16 (AICc = 540,17, w i = 0,02), которая включала плотность, SGD max и KAI. Вывод нескольких моделей позволил рассчитать усредненные по модели оценки и соответствующую им стандартную ошибку с доверительной вероятностью 95% для трех наиболее эффективных моделей, как представлено в таблице 5.

    Таблица 4.  Усредненные по модели оценки и стандартная ошибка 95% уровня достоверности окончательных моделей для двух исследованных видов

    На рис. 2 показаны прогнозы, усредненные по модели, и безусловные 95% доверительные интервалы для наиболее подходящих параметров модели для белого ясеня.

    Рис. 1.  Усредненные по модели прогнозы и безусловные 95% доверительные интервалы для наиболее подходящих параметров модели для белого ясеня: а) плотность; б) динамический модуль упругости; в) синус максимального локального отклонения зерна; г) Индекс площади узла

    Ранжирование моделей-кандидатов для желтой березы представлено в таблице 6.Для этого вида модель 14 ( AICc = 459,83, w i = 0,81) была лучшей моделью для прогнозирования UTS. Модель 17 ( AICc  = 462,86, w i  = 0,18) была второй лучшей моделью, за ней следовала модель 15 ( AICc = 468,88, = 1, i ) МЧС dyn , КАИ и комбинированный средний уклон зерна в испытательном пролете ( Комбинированный _СОГ Пролет ).Однако влияние Combined_SOG Span  не было включено в окончательную модель, поскольку максимальное локальное отклонение зерна SGD max  было более сильным предиктором прочности на растяжение.

    Таблица 6. Ранжирование моделей-кандидатов и соответствующие показатели для желтой березы после выбора модели

    Рис. 3.  Усредненные по модели прогнозы и безусловные 95% доверительные интервалы для наиболее подходящих параметров модели для желтой березы: а) плотность; б) динамический модуль упругости; в) синус максимального локального отклонения зерна; г) Индекс площади узла

    Усредненные по модели оценки и соответствующая им стандартная ошибка при доверительном уровне 95% представлены в таблице 5, а графики усредненных по модели прогнозов для желтой березы показаны на рис.3.

    Влияние независимых переменных, включенных в окончательные модели

    Окончательные модели для белого ясеня и желтой березы, несмотря на сходство, показали существенные различия. Соотношения между механическими и индикаторными свойствами были разными для обоих видов. Выделив влияние каждой из объясняющих переменных, включенных в окончательные модели (рис. 2 и 3), стало возможным лучше понять эти различия и их последствия для классификации этих видов.

    Влияние плотности на UTS

    В этом исследовании плотность по-разному влияла на два вида, что видно из результатов в таблице 5. Хотя UTS образцов белого ясеня увеличивалась по мере увеличения плотности, для желтой березы наблюдалась противоположная тенденция. Более глубокий анализ опытных образцов показал, что самые плотные ламели желтой березы, которые разрушились при более низком напряжении растяжения, имели волнисто-зернистый рисунок (рис. 4), который не был виден на других образцах.Присутствие неравномерных волокон желтой березы было хорошо известно и, как правило, нежелательно, за исключением некоторых конкретных декоративных изделий (Clausen and Godman 1967; Erickson and Ross 2005). Между северными лиственными породами уже наблюдались различия в отношении влияния плотности на их механические свойства. В исследовании с участием образцов североамериканского белого ясеня, желтой березы и сахарного клена Kretchmann et al . (2010) пришли к выводу, что изменения плотности по-разному повлияли на три вида.Хотя их данные свидетельствуют о том, что прочность увеличивается по мере увеличения плотности, сделать окончательный вывод было невозможно. Кроме того, более высокая плотность иногда приводит к более низким механическим свойствам. В исследовании классификации европейских лиственных пород Коврига и др.  (2019c) обнаружили отрицательную связь между плотностью и MOE для европейского клена.

    Рис. 4. Образцы березы желтой волнистоволокнистой после разрушения

    Однако общепризнано, что плотность древесины оказывает прямое и положительное влияние на прочность как хвойных, так и лиственных пород (Bendtsen and Youngs 1981; Ross 2010; Ravenshorst 2015).Исследование, проведенное на небольших чистых образцах древесины из 160 пород лиственных и 32 пород хвойных пород, показало, что коэффициент детерминации 0,64 для линейной модели, связывающей плотность с прочностью на изгиб всех пород вместе взятых (Ravenshorst 2015). После проведения испытаний на изгиб небольших чистых образцов древесины Чжан (1997) обнаружил значения R 2 в диапазоне от 0,50 до 0,74 между плотностью и MOR для четырех европейских пород березы и дуба. Для конструкционной древесины влияние плотности менее очевидно, чем для небольших чистых образцов древесины.Изменчивость свойств лиственных пород снижает точность оценки прочности на основе плотности (Фрювальд и Шикхофер, 2005; Брунетти, и др., , 2019; Коврига, и др., , 2019b). Таким образом, Ehrhart et al.  (2016a) не включили это свойство ни в одну из своих моделей-кандидатов. В этом исследовании обобщенные линейные модели, в которых плотность была единственной прогностической переменной для UTS, привели к значениям R 2  0,015 для белого ясеня (p = 0.167) и 0,024 для желтой березы (р = 0,132). Плотность, хотя и не является хорошим предиктором сама по себе, все же была включена в наиболее эффективные модели, оставленные после процесса выбора модели. В модели первого ранга (Модель 14) влияние плотности значительно коррелировало с UTS (p = 0,049). Включение дополнительных индикаторных свойств в окончательные модели, по-видимому, объясняет большую долю остаточной дисперсии, что увеличивает значимость плотности как предиктора UTS.Эти результаты, хотя и отличаются от первоначальных ожиданий, все же согласуются с результатами других исследований классификации прочности древесины лиственных пород. Изучая взаимосвязь между UTS и плотностью древесины европейского ясеня, Sarnaghi et al. (2017) получил R 2 0,006, тогда как Коврига et al.  (2019c) обнаружил несколько более высокий коэффициент детерминации (R 2  = 0,034) для тех же видов. Принимая во внимание результаты процесса выбора модели и различия во влиянии плотности на УТС исследуемых пород, это индикаторное свойство следует учитывать при классификации ясеня белого и березы желтой, если только его влияние нельзя объяснить другими факторами. характеристики или указывающие свойства.

    Влияние зерновых отклонений УТС

    В этом исследовании обобщенные линейные модели, в которых максимальное локальное отклонение зерна было единственной объясняющей переменной, позволили сделать вывод, что это показывающее свойство оказывает значительное, но ограниченное влияние на UTS для обоих ясеней белого (R 2  = 0,05, p = 0,05) и желтой березы (R 2  = 0,07, p = 0,03). Хорошо известно, что угол, образуемый древесными волокнами с продольной осью пиломатериала, влияет на его прочность на изгиб.Этот эффект можно аппроксимировать с помощью уравнения Хэнкинсона (Бодиг и Джейн, 1982; Росс, 2010; Равенсхорст, и др., , 2019), которое не является линейным. Эту нелинейную зависимость также наблюдал Ravenshorst (2015) в исследовании тропических лиственных пород. В этом исследовании максимальное локальное отклонение зерна должно было быть преобразовано, чтобы учесть нелинейную зависимость между UTS и максимальным локальным отклонением зерна. В моделях, связывающих отклонения зерен с UTS, замена максимального локального отклонения зерен на SGD max значительно увеличила часть объясняемого UTS, поскольку R 2 равнялось 0.65 (p < 0,001) для белого ясеня и R 2  0,62 (p < 0,001) для желтой березы. При структурной классификации древесины хвойных пород часто учитывается общий наклон волокон, который измеряется на определенной длине и игнорирует локальные отклонения волокон (Фрухвальд и Шикхофер, 2005 г.; ASTM D245, 2011 г.). Из-за анатомических различий лиственных пород и их разнообразия Sarnaghi et al.  (2017) пришел к выводу, что методы сортировки древесины хвойных пород не следует применять к древесине лиственных пород. В этом исследовании все переменные, отражающие общий наклон волокон, были плохими предикторами прочности на растяжение по сравнению с максимальным локальным отклонением волокон, выраженным как SGD max .Окончательные модели показывают, что относительная важность SGD max в качестве предиктора UTS различалась между белым ясенем и желтой березой. Снижение предела прочности при растяжении, вызванное максимальным локальным отклонением волокон, оказалось более значительным для белого ясеня, так как расчетное снижение составило -66,46 для белого ясеня по сравнению с -59,31 для желтой березы. При исследовании влияния наклона волокон на прочность на изгиб белого ясеня, желтой березы и сахарного клена Kretschmann et al.  (2010) пришел к аналогичному выводу, предполагая, что отклонения волокон оказали большее влияние на прочность на изгиб белого ясеня и сахарного клена, чем на прочность на изгиб желтой березы.

    Кроме того, результаты других исследований классификации древесины лиственных пород выявили определенную изменчивость в отношениях между углом наклона волокон и прочностью на изгиб или растяжение. Основная проблема при установлении связи отклонений текстуры с механическими свойствами связана со сложностью визуальной оценки этого свойства на пиломатериалах из твердой древесины (Fruhwald and Schickhofer 2005; Ravenshorst 2015; Bollmus et al.  2017), что зависит от вида и метода оценки. Fruhwald и Schickhofer (2005) точно измерили отклонения волокон бука, рассмотрев характер разрушения после испытаний, и получили умеренную корреляцию (R 2  = 0,44) с прочностью на изгиб. Однако Brunetti et al.  (2019) обнаружили, что ни наклон волокон, измеренный визуально, ни после разрушения, не был связан с какими-либо механическими свойствами буковой древесины. Коврига и др.  (2019d) измерили наклон волокон с помощью поперечного ультразвука на наихудшем 150-миллиметровом срезе ламелей европейского ясеня и клена и пришли к выводу, что ни поперечное ультразвуковое измерение, ни наклон, измеренный после разрушения, не имеют значимой корреляции с пределом прочности при растяжении.Для европейского дуба Riesco-Muñoz and Remacha-Gete (2012) также обнаружили, что общий наклон волокон не оказывает существенного влияния (p > 0,05) на прочность на изгиб или MOE.

    В этом исследовании высокая значимость SGD max объясняется коротким периодом измерений, но также может быть связана с ограниченным поперечным сечением (38 мм × 38 мм) испытанных образцов, что привело к более точная оценка реальных отклонений зерна. Stapel и van de Kuilen (2014) показали, что на методы визуальной оценки сильно влияет поперечное сечение образца, и некоторые дефекты не могут быть должным образом обнаружены на больших поперечных сечениях.Тем не менее визуально для обоих исследованных видов удалось измерить отклонения зерен. Значительная часть образцов разрушилась в области, где было измерено наихудшее локальное отклонение зерна. Метод границ годичных колец был самым простым способом измерения отклонений зерен, и картины разрушения (рис. 5) подтвердили пригодность этого метода. Однако этот метод подходил только для образцов с почти идеально радиальной поверхностью. Отклонения зернистости было труднее оценить на других образцах, и процесс требовал больше времени.Кроме того, на белом ясене визуально легче измерить отклонения зерна, чем на желтой березе.

    Результаты подтвердили статистически значимое влияние угла наклона зерна на UTS. Максимальное локальное отклонение зерна оказалось релевантным индикаторным свойством для оценки прочности исследуемых пород. Для точного и эффективного измерения отклонений зерен большего разнообразия поперечных сечений и пород метод измерения должен быть уточнен, так как измерения, проводимые на более крупных образцах, могут быть менее надежными.Чтобы решить эту проблему, Ehrhart et al.  (2018) разработал метод автоматического анализа изображений бука, который вычисляет отклонения волокон от веретен, образованных костномозговыми лучами. Этот метод применим и к другим видам. В исследовании классификации прочности ясеня европейского и клена европейского Коврига и др.  (2019d) обнаружил сильную корреляцию между наклоном зерна, измеренным с помощью поперечного ультразвука, и показателем, полученным на основе картины разрушения. Однако отклонение, измеренное на длине 150 мм, не коррелировало с пределом прочности, но уменьшение интервала измерения может привести к лучшим результатам.Подобные методы могут быть применены к видам, изучаемым в этом исследовании. Однако непомерно высокая стоимость некоторых из этих технологий сканирования может ограничивать их применимость в промышленном контексте (Erickson and Ross 2005).

    Рис. 5. Образцы разрушения по границам колец на радиально распиленных образцах из белого ясеня

    Влияние модуля упругости на UTS

    Эффект жесткости, учитываемый MOE dyn , был сопоставим для обоих видов.Повышенная жесткость улучшила UTS, но величина эффекта была больше для желтой березы, как показано более высокой усредненной по модели оценкой для желтой березы, чем для белой березы (0,0058 и 0,0034 соответственно). Коэффициент детерминации линейной модели, относящей МОЭ d yn к УТС, также оказался выше для березы желтой (R 2 = 0,28, p < 0,001), чем для ясеня белого (R 2 = 0,001). , р < 0,001).   Модуль упругости в настоящее время является основным показательным свойством, учитываемым при машинной сортировке, и его взаимосвязь с прочностью на изгиб является одной из наиболее задокументированных.Эксперименты, проведенные Smulski (1991) на небольших прямоволокнистых образцах белого ясеня, сахарного клена и белого дуба, показали, что динамическая МЧС значительно (p ≤ 0,05) коррелирует с прочностью на изгиб. Смульски также пришел к выводу, в соответствии с результатами этого исследования, что MOE объясняет большую часть прочности на изгиб желтой березы (R 2  = 0,92), чем у белого ясеня (R 2  = 0,85). . Для лиственных пород MOE коррелирует с пределом прочности.Однако мощность этого показательного свойства ниже для лиственных пород умеренной зоны (R 2  = 0,38), чем для хвойных (R 2  = 0,48) и лиственных тропических пород (R 2  = 0,50) (Ravenshorst 2015).

    В конструкционной древесине введение дефектов, снижающих прочность, уменьшает часть изменений прочности, объясняемых MOE, что приводит к более низким значениям R 2  . При исследовании классов прочности ясеня европейского и клена европейского Коврига и др. (2019d) обнаружил коэффициент детерминации 0,62 между MOE и UTS, тогда как Sarnaghi  et al.  (2017) обнаружил несколько более низкий показатель R , равный 0,41, между двумя переменными для ясеня европейского. Кроме того, Weidenhiller et al.  (2019 г.) сообщается, что R 2  составляет 0,19 между пределом прочности при растяжении и динамической МЧС для ясеня европейского. Однако разный диапазон, учитываемый в обоих измерениях, объясняет более слабую корреляцию. Точность прогнозирования прочности на растяжение также зависит от качества материала.Вестермайр и др. (2018) сообщил о значении R 2 0,48 между UTS и MOE для низкокачественного бука, тогда как Ehrhart et al.  (2016b) сообщил о R 2  0,22 при использовании высококачественного бука.

    Было установлено, что динамическая МОЕ, измеренная в этом исследовании, является надежным индикатором свойства, которое следует включать в процедуры оценки прочности для исследуемых пород древесины лиственных пород. Однако, принимая во внимание относительно низкие коэффициенты детерминации (особенно для белого ясеня), для достижения удовлетворительной точности прогнозирования необходимо учитывать другие индикаторные свойства.

    Влияние узлов на УТС

    В этом исследовании узлы были среди факторов, наиболее заметно влияющих на UTS. KAR , измеренный на образцах, был преобразован и выражен KAI , что предотвратило получение моделью отрицательных значений UTS. Отмечено прямое и весьма значимое влияние KAI на УТС, так как для ясеня белого значения R 2 составили 0,52 ( p < 0,001) и 0,48 для березы желтой (p < 0,001).001). На рисунках 2 и 3 показано, что увеличение значений KAI привело к более высокому показателю UTS, поскольку значение KAI увеличивается по мере уменьшения размера узла. Результаты также показали, что относительное влияние сучков было значительно выше для белого ясеня, чем для желтой березы, что было очевидно в их соответствующих оценках (42,78 и 23,20) в окончательных моделях.

    Результаты этого исследования согласуются с результатами других исследований лиственных пород, которые пришли к выводу, что взаимосвязь между сучками и UTS существует, но различается между породами.Соотнося параметр наибольшего сучка с пределом прочности при растяжении, Fruhwald and Schickhofer (2005) установили коэффициент детерминации 0,34 для европейских пород ясеня, бука и дуба, тогда как Ehrhart et al. (2016a) сообщил, что R 2 составляет 0,53 между KAR и UTS европейского бука. Коврига и др. (2019d) обнаружил, что R 2 составляет 0,78 между KAR , измеренным с помощью поперечного ультразвука и UTS. Коэффициент детерминации был лишь немного ниже (R 2  = 0.74) при рассмотрении KAR , измеренного визуально.

    KAR  (обозначенный здесь как KAI ) следует включать в качестве индикаторного свойства в процедуры классификации исследуемых видов. Однако для отклонений зерна требуются дополнительные испытательные кампании, чтобы подтвердить применимость результатов к большим поперечным сечениям. Следует также оценить влияние положения узла. В этом исследовании не делалось различий между краевыми и центральными узлами.Узлы, расположенные на краю доски, влияют на прочность на изгиб в зависимости от того, расположены ли они на стороне растяжения или сжатия пиломатериала. Также предполагается, что краевые сучки оказывают большее влияние на прочность на растяжение, чем сучки, расположенные в центре досок, поскольку их эксцентриситет вызывает дополнительные напряжения (Ross 2010).

    Значение для оценки прочности исследуемых пород

    Результаты этого исследования подтвердили ряд трудностей, связанных с классификацией прочности древесины лиственных пород, которые являются одними из основных факторов, ограничивающих их использование в конструкционных изделиях из инженерной древесины (Schlotzhauer et al.  2019). Однако окончательные модели, построенные на основе мультимодельного вывода, были удовлетворительно точными в предсказании UTS обоих видов с использованием выбранных индикаторных свойств. На рис. 6 значения, предсказанные на основе усредненных по модели оценок, нанесены на график относительно значений, полученных в ходе испытаний. Коэффициенты детерминации линейных моделей, связывающие фактический UTS и модельный UTS, составили 0,82 для белого ясеня и 0,78 для желтой березы. Как видно из отношения между МОЕ dyn и МОЕ приложение , коэффициент детерминации был немного выше для белого ясеня, что указывает на то, что механические свойства этой породы легче предсказать, чем механические свойства желтой березы. .

    Рис. 6. Модельные и фактические результаты UTS для образцов белого ясеня (A) и желтой березы (B)

    Производительность моделей, разработанных в этом исследовании, была сопоставима с производительностью имеющихся в продаже систем машинной сортировки хвойных пород. Для европейской ели Ханхиярви и Ранта-Маунус (2008) сообщили о значениях R 2 от 0,55 до 0,61 для взаимосвязи между UTS и выбранными индикаторными свойствами, тогда как самые передовые системы могут привести к значениям R 2  выше 0.70 между индикаторными свойствами и прочностью на изгиб (Olsson et al.  2013). Кроме того, эффективность прогнозирования моделей из этого исследования была сопоставима с результатами, полученными в других исследованиях классификации прочности древесины лиственных пород. Используя трехмерное численное моделирование методом конечных элементов, Sarnaghi et al.  (2017) получил более высокий коэффициент детерминации (R 2  = 0,91), чем полученный в этом исследовании для прогнозирования прочности на разрыв ясеня европейского и клена европейского.Коврига и др.  (2019a) разработала автоматизированную систему классификации ясеня европейского и клена европейского на основе MOE и обнаружения сучков с помощью рентгеновских лучей, в результате чего были получены коэффициенты детерминации 0,58 и 0,53 для ясеня европейского и клена европейского соответственно.

    Виды, исследованные в этом исследовании, показали некоторые важные различия в своем поведении. Переменные KAI и SGD m ax более существенно повлияли на UTS белого ясеня, тогда как влияние MOE dyn на UTS было более выраженным для желтой березы.Эффект увеличения плотности также был противоположным для изученных видов. Из-за взаимосвязи между индикаторными свойствами и структурными различиями между лиственными породами было трудно определить влияние плотности на прочность лиственных пород в целом. Например, изменения плотности в большей степени повлияли на жесткость ясеня белого и желтой березы, чем на сахарный клен (Kretchmann et al.  2010). Поскольку жесткость также влияет на прочность на изгиб и растяжение, эти смешанные эффекты трудно различить.Zhang (1997) также выявил статистически значимое влияние плотности на MOE лиственных пород, но это влияние было больше для пород с кольцевыми порами, чем для пород с диффузно-пористыми порами. В этом исследовании некоторые различия между двумя видами можно объяснить тем фактом, что белый ясень представляет собой кольцевидную пористую породу, тогда как желтая береза ​​представляет собой диффузно-пористую породу. Однако большая часть различий была связана с неравномерностью зерна желтой березы. Эта характеристика должна быть исследована, чтобы разработать точную процедуру оценки прочности для этого вида.Потенциальным решением было бы определение наличия волнистых волокон в качестве критерия исключения. Например, Riesco-Muñoz et al.  (2011) предлагается систематически исключать образцы европейского дуба с волнистой текстурой из-за их плохих механических свойств. Однако, прежде чем предпринимать такие действия, необходимо знать частоту возникновения этой характеристики и потенциальный доход при реализации ограничения. Поскольку волнистозернистые образцы также были наиболее плотными, аномально высокая плотность также могла служить критерием для исключения.

    Среди индикаторных свойств, включенных в окончательные модели этого исследования, угол наклона зерен оказался наиболее сложным для измерения. Окончательные модели, включающие все четыре индикаторных свойства, были более точными в прогнозировании UTS, чем другие модели-кандидаты, которые были более экономными. Однако из практических соображений может оказаться необходимым упростить процедуру аттестации, убрав индикаторные свойства, которые слишком сложно оценить визуально. Например, Равенсхорст и др.  (2019) предложил не измерять наклон зерна, а рассматривать его косвенно, исходя из МОЕ и плотности. Результаты этого исследования подтвердили, что как максимальное локальное отклонение зерна, так и SGD max значительно коррелировали с динамическим MOE для желтой березы с соответствующими значениями p 0,037 и 0,029. Однако для белого ясеня значения p 0,069 для максимального локального отклонения зерна и 0,052 для SGD max были немного выше желаемого уровня значимости 0.05. Кроме того, модель-кандидат 3, которая включала MOE dyn и плотность в качестве объясняющих переменных, была одной из худших моделей как для белого ясеня ( AICc = 620,61, w i  = 0), так и береза ​​желтая ( AICc  = 505,49, w i  = 0). Следовательно, необходимо провести дополнительные исследования точности измерения отклонения зерна и связи между отклонением зерна и другими индикаторными свойствами.Другие методы оценки направления древесных волокон также должны быть исследованы для повышения эффективности процесса сортировки.

    Следует также изучить влияние размеров образцов. Как обсуждалось ранее, образцы, испытанные в этом исследовании, имели одинаковые размеры 38 мм × 38 мм × 1830 мм. Выводы, представленные в этом исследовании, должны быть проверены на образцах большего поперечного сечения. Кроме того, вероятность возникновения дефектов, снижающих прочность, возрастает по мере увеличения поперечного сечения образцов (Weibull, 1939; Pedersen, и др.  2003). Для европейских лиственных пород Schlotzhauer et al.  (2017) не смогли сделать вывод о наличии влияния размера на предел прочности образцов. Однако Колер (2013) обнаружил, что предел прочности ели на разрыв снижается по мере увеличения длины образца. Эти наблюдения следует подтвердить для ясеня белого и березы желтой.

    ВЫВОДЫ

    1. Предел прочности при растяжении (UTS) пиломатериалов из белого ясеня и желтой березы был успешно предсказан по плотности, динамическому модулю упругости, синусу максимального локального отклонения волокон ( SGD max ) и индексу площади сучка ( КАИ ).Окончательные линейные модели привели к коэффициентам детерминации (R 2 ) между фактическим и прогнозируемым UTS 0,82 для белого ясеня и 0,78 для желтой березы.
    2. Окончательные модели выявили важные различия между двумя видами, что указывало на то, что может быть уместно классифицировать их отдельно, чтобы обеспечить наиболее эффективное использование ресурсов. KAI и SGD max более существенно повлияли на UTS белого ясеня, чем желтой березы, тогда как влияние MOE на UTS было более выраженным для желтой березы.Эффект увеличения плотности также был противоположным для изученных видов.
    3. Из-за взаимосвязи между индикаторными свойствами и различиями в механическом поведении обеих пород было трудно определить влияние плотности на прочность древесины лиственных пород. Например, некоторые образцы желтой березы с волнистыми волокнами имели аномально высокую плотность и разрушались при более низкой прочности на растяжение, чем ожидалось.

    БЛАГОДАРНОСТИ

    Авторы выражают благодарность Канадскому совету по естественным наукам и инженерным исследованиям за поддержку через программы IRC и CRD (IRCPJ 461745-18 и RDCPJ 524504-18).Кроме того, авторы благодарят канадскую программу стипендий для выпускников-магистров (CGS M). Финансирование также было предоставлено промышленными партнерами Промышленной кафедры NSERC по экологически ответственному деревянному строительству (CIRCERB) и стипендиальной магистерской программы Fonds de recherche du Québec — Nature et Technologies (FRQNT). Авторы также благодарны техническому и студенческому персоналу NSERC CIRCERB и Исследовательского центра возобновляемых материалов, которые внесли свой вклад в проект.

    ССЫЛКИ

    Айхер, С., Кристиан З. и Дилл-Лангер Г. (2014). «Древесные клееные брусы из лиственных пород — Новые продукты с превосходными механическими свойствами», в: Proceedings of the World Conference on Wood Engineering 2014 , Квебек, Канада, стр. 287-296.

    ASTM D245 (2011). «Стандартная практика установления структурных категорий и связанных с ними допустимых свойств пиломатериалов с визуальной сортировкой», ASTM International, Уэст-Коншохокен, Пенсильвания, США.

    ASTM D1990 (2016). «Стандартная практика установления допустимых свойств пиломатериалов с визуальной классификацией размеров на основе внутрисортовых испытаний полноразмерных образцов», ASTM International, Уэст-Коншохокен, Пенсильвания, США.

    ASTM D4761 (2013). «Стандартные методы испытаний механических свойств пиломатериалов и конструкционных материалов на древесной основе», ASTM International, Западный Коншохокен, Пенсильвания, США.

    Бендтсен, А., и Янгс, Р.Л. (1981). «Оценка механической прочности древесины: обзор», в: Proceedings of XVII World Congress IUFRO, Division 5 , Киото, Япония, стр. 21-34.

    Бодиг, Дж., и Джейн, Б.А. (1982). Механика древесины и древесных композитов , Van Nostrand Reinhold, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

    Боллмус С., Геллерих А., Шлотцхауэр П., Бер Г. и Милиц Х. (2017). «Исследования лиственных пород в Геттингенском университете им. Георга-Августа», в: Труды 6-й -й Международной научной конференции по обработке лиственных пород , Лахти, Финляндия, стр. 116-122.

    Брунетти М., Ночетти М., Пиццо Б., Аминти Г., Кремонини К., Негро Ф., Зануттини Р., Романьоли М. и Скараша Муньоцца Г. (2019). «Конструкционные клееные изделия из древесины бука: качество сырья и вопросы склеивания», в: Труды 7-й -й Международной научной конференции по обработке лиственных пород , Делфт, Нидерланды, стр.230-242.

    CEN EN 338 (2016). «Конструкционная древесина. Классы прочности», Европейский комитет по стандартизации, Брюссель, Бельгия.

    Клаузен, К.Е., и Годман, Р.М. (1967). Выбор превосходных желтых берез – предварительное руководство  (исследовательская работа № NC-20), Северо-центральная лесная экспериментальная станция Министерства сельского хозяйства США, Сент-Пол, Миннесота, США.

    Эрхарт Т., Финк Г., Штайгер Р. и Франги А. (2016a). «Классификация прочности ламелей европейского бука для производства GLT и CLT», в: Proceedings of INTER Meeting Forty-Nine , Грац, Австрия, стр.29-43.

    Эрхарт Т., Финк Г., Штайгер Р. и Франги А. (2016b). «Экспериментальное исследование показателей прочности на растяжение и жесткости европейского бука», в: Proceedings of the World Conference on Wood Engineering , Вена, Австрия, стр. 600-607.

    Эрхарт, Т., Штайгер, Р., и Франги, А. (2018). «Бесконтактный метод определения направления волокон древесины европейского бука ( Fagus sylvatica  L.)»,  European Journal of Wood and Wood Products  76(3), 925-935.DOI: 10.1007/s00107-017-1279-3

    Эриксон, Дж. Р., и Росс, Р. Дж. (2005). Недооцененная древесина лиственных пород для конструкционных материалов и компонентов  (Отчет № FPL-GTR-276), Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США, Мэдисон, Висконсин, США.

    Фрювальд, К., и Шикхофер, Г. (2005). «Классификация прочности лиственных пород», в Трудах 14-го -го -го Международного симпозиума по неразрушающему контролю древесины , Эберсвальде, Германия, стр. 198-210.

    Галлиган, В.Л., и Макдональд, К.А. (2000). Машинная сортировка пиломатериалов – практические вопросы для производителей пиломатериалов  (отчет № FPL-GTR-7), Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США, Мэдисон, Висконсин, США.

    Грин, Д. В., Росс, Р. Дж., и Макдональд, К. (1994). «Производство пиломатериалов из твердой древесины с расчетной механической нагрузкой», в: Труды 9-го -го -го Международного симпозиума по неразрушающему контролю древесины , Мэдисон, Висконсин, США, стр. 141-150.

    Грин, Д. В., Винанди, Дж. Э., и Кречманн, Д. Э. (1999). «Механические свойства древесины — Глава 4», в: Справочник по древесине — Древесина как конструкционный материал (FPL–GTR–113) , Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США, Мэдисон, Висконсин, США.

    Ханхиярви, А., и Ранта-Маунус, А. (2008). «Разработка классификации древесины по прочности с использованием комбинированных методов измерения: отчет о проекте Combigrade — фаза 2», VTT Publications  686, 1-55.

    Джессом, А. П. (1977). Устойчивость и связанные с ней свойства местных пород древесины в Канаде , Восточная лаборатория лесных товаров, Оттава, Канада.

    Келер, А. (1955). Руководство по определению наклона волокон в пиломатериалах и шпоне , Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США, Мэдисон, Висконсин, США.

    Колер, Дж., Бранднер, Р., Тиль, А.Б., и Шикхофер, Г. (2013). «Вероятностная характеристика эффекта длины для параллельности волокнам прочности на растяжение среднеевропейской ели», Engineering Structures  56, 691-697.DOI: 10.1016/j.engstruct.2013.05.048

    Коврига А., Шлотцхауэр П., Стапель П., Милиц Х. и Ван де Куилен Дж.-В. Г. (2019а). «Визуальная и машинная оценка прочности ясеня европейского и клена для клееного бруса», Holzforschung  73(8), 773-787. DOI: 10.1515/hf-2018-0142

    Коврига А., Стапель П. и ван де Куилен Дж.-В. Г. (2019б). «Механические свойства и их взаимосвязь для европейских лиственных пород средней плотности с акцентом на ясень и бук», Wood Material Science & Engineering Online, 1-14.DOI: 10.1080/17480272.2019.1596158

    Коврига А., Чукин Гамарра Дж. О. и ван де Куилен Дж.-В. Г. (2019с). «Прогнозирование прочности и жесткости машины с акцентом на различные методы акустических измерений», в: Труды 7-й -й Международной научной конференции по обработке твердой древесины , Делфт, Нидерланды, стр. 211-219.

    Коврига А., Сарнаги А.К. и ван де Куилен Дж.-В. Г. (2019г). «Классификация прочности лиственных пород с использованием поперечного ультразвука», в: Труды 7-й -й Международной научной конференции по обработке лиственных пород , Делфт, Нидерланды, стр.220-229.

    Кречманн Д.Э., Бридвелл Дж.Дж. и Нельсон Т.С. (2010). «Влияние изменения наклона волокон на прочность на изгиб ясеня, клена и желтой березы», в: Proceedings of the World Conference on Wood Engineering 2010 , Рива-дель-Гарда, Италия, стр. 1014-1023.

    Лю Ю., Гонг М., Ли Л. и Чуй Ю. Х. (2014). «Влияние ширины на модуль упругости пиломатериалов из твердой древесины, измеренный методами неразрушающей оценки», Construction and Building Materials  50, 276–280.DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.09.029

    Мазероль, М. Дж. (2006). «Улучшение анализа данных в герпетологии: использование информационного критерия Акаике (AIC) для оценки надежности биологических гипотез», Amphibia-Reptilia 27(2), 169-180. DOI: 10.1163/156853806777239922

    Мазероль, М. Дж. (2019). «AICcmodavg: выбор модели и мультимодельный вывод на основе (Q)AIC(c), версия пакета R 2.2-2» (https://cran.r-project.org/package=AICcmodavg), по состоянию на 12 сентября 2019 г.

    Морен-Бернар, А., Бланше, П., Дажене, К., и Ахим, А. (2020). «Использование северных лиственных пород в клееной древесине: исследование прочности на сдвиг и устойчивости к влаге», European Journal of Wood and Wood Products Online, 1-13. DOI: 10.1007/s00107-020-01572-3

    Национальная ассоциация производителей пиломатериалов лиственных пород (NHLA) (2019 г.). «Правила измерения и проверки древесины лиственных пород и кипариса», Национальная ассоциация производителей пиломатериалов лиственных пород, Мемфис, Теннесси, США.

    Нимц, П., и Маннес, Д. (2012). «Неразрушающий контроль древесины и древесных материалов», Journal of Cultural Heritage  13(3S), S26-S34. DOI: 10.1016/j.culher.2012.04.001

    Олссон А., Оскарссон Дж., Серрано Э., Келлснер Б., Йоханссон М. и Энквист Б. (2013). «Прогнозирование прочности древесины на изгиб и изменения жесткости в поперечном сечении на основе местной ориентации древесных волокон», European Journal of Wood and Wood Products, 71, 319-333.DOI: 10.1007/s00107-013-0684-5

    Паншин, А. Дж., и Зеев, К. Д. (1970). Учебник по технологии обработки древесины   Том I:   Структура, идентификация, использование и свойства деловой древесины США и Канады , McGraw-Hill, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

    Педерсен, М.У., Клориус, К.О., Дамкильде, Л., и Хоффмайер, П. (2003). «Простая модель размерного эффекта для растяжения перпендикулярно волокнам», Wood Science and Technology 37(2), 125-140.DOI: 10.1007/s00226-003-0168-6

    Равенсхорст, GJP (2015). Независимая классификация прочности конструкционной древесины по породам , к.т.н. Диссертация, Технический университет Делфта, Делфт, Нидерланды.

    Равенсхорст, Г., Гард, В.Ф., и ван де Куилен, Дж.-В. Г. (2019). «Влияние наклона волокон на механические свойства лиственных пород и последствия для сортировки», в: Труды 7-й -й Международной научной конференции по обработке лиственных пород , Делфт, Нидерланды, стр.169-175.

    Ридли-Эллис, Д., Стапель, П., и Баньо, В. (2016). «Классификация пиломатериалов по прочности в Европе: объяснение для инженеров и исследователей», European Journal of Wood and Wood Products, 74, 291-306. DOI: 10.1007/s00107-016-1034-1

    Риско-Муньос, Г., Ремача-Гете, А., и Педрас-Сааведра, Ф. (2011). «Последствия при разработке метода визуальной сортировки и механических испытаний конструкционной древесины лиственных пород для обозначения европейских классов прочности», Forest Systems  20(2), 235-244.DOI: 10.5424/fs/2011202-9771

    Риско-Муньос, Г., и Ремача-Гете, А. (2012). «Прогнозирование прочности дубовых балок на изгиб на основе упругости, плотности и дефектов древесины», Journal of Materials in Civil Engineering 24(6), 629-634. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000428

    Росс, Р. Дж. (2010). Справочник по древесине: древесина как конструкционный материал  (FPL–GTR–190), Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США, Мэдисон, Висконсин, США.

    Сарнаги, А.К., Гард В.Ф. и ван де Куилен Дж.-В. Г. (2017). «Трехмерное КЭ-численное моделирование дефектов роста в европейских лиственных породах средней плотности», в: Труды 6-й -й Международной научной конференции по обработке лиственных пород , Лахти, Финляндия, стр. 116-122.

    Schlotzhauer, P., Nelis, P.A., Bollmus, S., Gellerich, A., Militz, H., and Seim, W. (2017). «Влияние размера и геометрии на значения прочности и MOE выбранных пород лиственных пород», Wood Material Science & Engineering  12(3), 149-157.DOI: 10.1080/17480272.2015.1073175

    Шлотцхауэр П., Коврига А., Эммерих Л., Боллмус С., ван де Куилен Дж.-В. Г. и Милиц Х. (2019). «Анализ экономической целесообразности производства ламелей из ясеня и клена для клееного бруса», Леса 10(7), номер статьи 529. DOI: 10.3390/f10070529

    Смульски, С.Дж. (1991). «Взаимосвязь свойств, определяемых волной напряжения и статическим изгибом четырех северо-восточных лиственных пород», Wood and Fiber Science  23(1), 44-57.

    Stapel, P., and van de Kuilen, J.-W. Г. (2014). «Эффективность оценки визуальной прочности древесины по происхождению, породе, поперечному сечению и правилам классификации: критическая оценка общих стандартов», Holzforschung  68(2), 203-216. DOI: 10.1515/hf-2013-0042

    Вейбулл, В. (1939). «Статистическая теория прочности материала», в: Труды Шведского королевского института инженерных исследований (№ 151) , Стокгольм, Швеция, стр.1-45.

    Вайденхиллер, А., Линсенманн, П., Люкс, К., и Брюхерт, Ф. (2019). «Возможности микроволнового сканирования для определения плотности и прочности на растяжение четырех европейских пород твердой древесины», European Journal of Wood and Wood Prod ucts 77, 235-247. DOI: 10.1007/s00107-019-01387-x

    Вестермайр М., Стапель П. и ван де Куилен Дж.-В. Г. (2018). «Прочность на растяжение и жесткость низкокачественных пиломатериалов из бука ( Fagus sylvatica )», в: Proceedings of the World Conference on Wood Engineering 2018 , Сеул, Южная Корея, стр.1-8.

    Чжан, С. Ю. (1997). «Взаимосвязь удельного веса и механических свойств древесины на уровне пород», Wood Science Technology  31, 181–191. DOI: 10.1007/BF00705884

    Статья отправлена: 4 августа 2020 г.; Экспертная проверка завершена: 27 сентября 2020 г.; Получена и принята исправленная версия: 1 октября 2020 г.; Опубликовано: 9 октября 2020 г.

    DOI: 10.15376/biores.15.4.8813-8832

    Раздел 1.4 — Измеренная изменчивость южной желтой сосны — Руководство для модели древесных материалов LS-DYNA 143, август 2007 г.

    файлов PDF можно просматривать с помощью Acrobat® Reader®

    1.4 КРИТЕРИИ НЕИСПРАВНОСТИ

    Изменения прочности легко моделируются с помощью критериев разрушения, которые также называются критериями текучести . Критерии разрушения связывают критические комбинации напряжений или деформаций с разрушением материала. Два типа критериев отказа: предельный и интерактивный критерии. При использовании предельных критериев, таких как критерий максимального напряжения, нет взаимодействия между напряжениями, поэтому разрушение зависит от одного компонента напряжения или деформации. При использовании интерактивных критериев, таких как критерий Хашина, напряжения взаимодействуют друг с другом, поэтому разрушение зависит более чем от одного компонента напряжения или деформации.Напряжения/деформации разрушения для интерактивного критерия и критерия максимального напряжения/деформации обычно совпадают в основных направлениях материала (состояния одноосного напряжения). Критерии расходятся во мнениях относительно того, что представляет собой отказ во внеосевых направлениях (двухосное и трехосное напряженное состояние).

    1.4.1 Измеренная прочность чистой древесины

    Критерии разрушения формулируются с помощью коэффициентов, полученных от посадок к измеренным значениям прочности (пиковая прочность при растяжении и сдвиге, предел текучести при сжатии).Прочность чистой древесины южной желтой сосны дана в таблице 4 в терминах параллельного, перпендикулярного и поперечного направлений. Прочность на сдвиг относится к направлению, параллельному зерну. О прочности на сдвиг не сообщается для направления, перпендикулярного зерну, потому что его трудно измерить и интерпретировать. Модуль разрыва рассчитывается по результатам испытаний на изгиб балки, в которых зерна проходят параллельно длине балки. Это не входной параметр модели древесного материала.Эти прочности были измерены как функция содержания влаги. (13) Данные о насыщении измеряются в точке насыщения волокна при содержании влаги приблизительно 23%.

    Таблица 4. Данные о средней прочности сосны желтой южной.
    Содержание влаги (%) Параллельное растяжение МПа) Перпендикулярное растяжение (МПа) Параллельное сжатие (МПа) Перпендикулярное сжатие (МПа) Параллельный сдвиг (МПа) Модуль упругости (МПа)

    4

    119

    3.96

    76,7

    14,8

    19,9

    129

    7

    136

    4,26

    66,8

    13,0

    19.2

    121

    12

    146

    4,50

    52,0

    10,0

    16,8

    107

    18

    134

    3.38

    33,1

    7,3

    13,5

    76

    Насыщенный

    101

    1,86

    21,5

    4,0

    8.9

    49

    Прочность чистой древесины пихты Дугласа указана в таблице 5. Эти показатели прочности были получены из различных источников. Ни один источник не дает полного набора сильных сторон. Некоторые источники различают радиальное и тангенциальное направления, в то время как другие сообщают о силе в перпендикулярном направлении. Всякий раз, когда сообщалось о перпендикулярных силах, они были перечислены под подзаголовком Тангенциальные для нормальных сил и LT для прочности на сдвиг.

    Таблица 5. Данные о средней прочности пихты Дугласа.
    Прочность (МПа) Источник
    Гудман и Бодиг (7) (12%) Вудворд и Майнор (17) (12%) Справочник USDA (18) (зеленый) Справочник Министерства сельского хозяйства США (18) (12-13%) Паттон-Мэллори и др. (19)

    Напряжение

    Продольный

    123.1

    107,6

    156,6

    Тангенциальный

    2,3

    2,7

    3,2

    Радиальный

    3.8

    Сжатие

    Продольный

    51,9

    23,9

    47,6

    45.2

    Тангенциальный

    5.1

    2,5

    5,3

    Радиальный

    4,3

    Сдвиг

    ЛТ

    5.4

    6,6

    9,7

    8.1

    ЛР

    7,5

    7,7

    РТ

    9.0

    1.4.2 Критерии отказа модели дерева

    Прочность древесины моделируется как поперечно-изотропная по ряду причин. Во-первых, данные, измеренные с помощью FPL, не различают силы в тангенциальном и радиальном направлениях.Во-вторых, данные Гудмана и Бодига показывают, что пихта Дугласа примерно на 15 процентов слабее (сжатие) в радиальном направлении, чем в тангенциальном направлении. (7) Однако эта разница в силе невелика по сравнению с разницей между параллельным и перпендикулярным направлениями. Таблица 4 показывает, что предел прочности при растяжении, измеренный параллельно волокнам, примерно в 30-50 раз выше, чем предел прочности, измеренный перпендикулярно волокнам. Прочность на сжатие, измеренная параллельно волокнам, примерно в пять раз выше, чем прочность на сжатие, измеренная перпендикулярно волокнам.

    Критерий разрушения модели древесины сформулирован на основе шести измерений предела прочности, полученных в результате одноосных испытаний и испытаний на чистый сдвиг на образцах древесины:

    Х Т Прочность на растяжение параллельно волокнам
    Х С Прочность на сжатие параллельно волокнам
    Д Т Прочность на растяжение перпендикулярно волокнам
    Д С Прочность на сжатие перпендикулярно волокнам
    С || Прочность на сдвиг параллельно волокнам
    С ┴  Прочность на сдвиг перпендикулярно волокнам

    Здесь X и Y — прочность вдоль и поперек волокон соответственно, а S — прочность на сдвиг.

    Были оценены семь критериев для моделирования разрушения древесины. Теоретическая форма каждого критерия-кандидата и графические сравнения приведены в приложении C. Для реализации была выбрана сокращенная форма модифицированного критерия Хашина по следующим причинам:

    • Хорошо подходит для данных внеосевых и одноосных испытаний.
    • Определяет режим отказа.
    • Позволяет древесине разрушаться или деформироваться в перпендикулярных режимах до катастрофического разрушения в параллельных режимах.
    • Создает гладкую поверхность в пространстве напряжений для параллельных мод и отдельную гладкую поверхность для перпендикулярных мод.
    • Прогноз прочности на отказ в параллельных режимах является умеренным по сравнению с экстремальной прочностью, прогнозируемой по некоторым другим критериям.
    • Прогнозы прочности на разрушение в перпендикулярной (изотропной) плоскости реалистичны при преобразовании напряжения.
    • Обеспечивает наибольшую гибкость (по сравнению с другими критериями разрушения) при моделировании разрушения и текучести в перпендикулярных режимах.

    Аналитическая форма критерия Хашина различна для параллельной и перпендикулярной мод.

    Параллельные режимы

    Для параллельных режимов критерий разрушения состоит из двух членов, включающих два из пяти инвариантов напряжения трансверсально-изотропного материала. Эти инварианты и . Этот критерий предсказывает, что нормальные и касательные напряжения взаимно ослабевают (т. е. наличие касательных напряжений снижает прочность ниже уровня, измеренного при испытаниях на одноосное напряжение).Эта форма эквивалентна форме, обсуждаемой в приложении С в разделе «Модифицированный Хашин» или «Расширенный Ямада-Сан». Отказ происходит, когда f ||  ≥ 0, где:

    Перпендикулярные моды

    Для перпендикулярных форм критерий разрушения также состоит из двух членов, включающих два из пяти инвариантов напряжения трансверсально-изотропного материала.  ≥ 0, где:

    Графики поверхности отказа

    Прогнозируются четыре вида разрушения: разрушение при растяжении и сжатии параллельно волокнам и разрушение при растяжении и сжатии перпендикулярно волокнам.Разрушение при параллельном сдвиге является подмножеством параллельных режимов, а разрушение при перпендикулярном сдвиге является подмножеством перпендикулярных режимов.

    Каждый критерий разрушения представлен в двух измерениях на рисунке 11 в терминах инвариантов напряжения трансверсально-изотропного материала. Отдельные графики строят для разрушения или податливости в параллельном и перпендикулярном режимах. Каждый критерий разрушения представлен в трех измерениях на рисунке 12 с точки зрения параллельных и перпендикулярных напряжений. Каждый критерий — гладкая поверхность (без углов).

    Рисунок 11.
    Критерии разрушения древесины зависят от четырех из пяти инвариантов трансверсально-изотропного материала.

    Рисунок 12.
    Критерии разрушения древесины создают гладкие поверхности в пространстве напряжений.

    1.4.3 Свойства прочности по умолчанию
    Прочность чистой древесины

    при комнатной температуре при насыщении волокна указана в таблице 6.Сильные стороны южной желтой сосны представляют собой средние значения, полученные в результате эмпирических сопоставлений с данными, ранее представленными FPL в таблице 4 и воспроизведенными в приложении B. Сильные стороны пихты Дугласа основаны на ранее опубликованных показателях прочности Wood Handbook Министерства сельского хозяйства США (USDA). в таблице 6. (18) Прочность на сдвиг перпендикулярно волокнам была включена в качестве входного параметра, хотя она не измерялась для южной желтой сосны. Это связано с тем, что он включен в выбранный критерий отказа.Здесь предполагается, что прочность на сдвиг перпендикулярно волокнам составляет 140 процентов от прочности на сдвиг, измеренной параллельно волокнам. Этот процент был выбран потому, что прочность на перпендикулярный сдвиг, измеренная Гудманом и Бодигом для пихты Дугласа, на 140 процентов выше, чем прочность на параллельный сдвиг (среднее значение для s LT и s LR ). (7)

    Таблица 6.
    Значения по умолчанию LS-DYNA для прочности чистой древесины южной желтой сосны и пихты Дугласа при комнатной температуре при насыщении волокна.*
    Сосна желтая южная Пихта Дугласа

    Х Т

    85,2 МПа      

    107,6 МПа      

    Х С

    21,2 МПа      

    23.9 МПа      

    Д Т

    2,1 МПа      

    2,3 МПа      

    Д С

    4,1 МПа      

    2,5 МПа      

    С ||

    9.  

    12,7 МПа      

    9,3 МПа      

    *Точка насыщения волокна составляет 23% для желтой южной сосны и 20% для пихты Дугласа. Прочность на перпендикулярный сдвиг составляет 140 процентов от прочности на параллельный сдвиг.

    Прочность столбов из сортированного дерева меньше, чем у столбов из чистого дерева; следовательно, прочность чистой древесины в таблице 6 должна быть уменьшена в соответствии с сортом.Один масштабный коэффициент, Q T , снижает прочность на растяжение и сдвиг в зависимости от сорта. Второй масштабный коэффициент. Q C , снижение прочности на сжатие в зависимости от сорта. Масштабные коэффициенты по умолчанию для класса 1: Q T = 0,43 и Q C = 0,63 для сосны и Q T = 0,40 и Q C 90,284 C 9020 = 0,40 и Q C Масштабные коэффициенты по умолчанию для DS-65: Q T =0.80 и Q C =0,93 как для сосны, так и для пихты. Масштабные коэффициенты по классам более подробно обсуждаются в разделе 1.12.

    Предыдущий | Содержание | Следующий

    Что такое предел текучести древесины? – Rampfesthudson.com

    Что такое предел текучести древесины?

    Продавцы:

    Физические свойства Метрическая система Английский
    Прочность на растяжение, максимальная 2.10 МПа 305 фунтов на кв. дюйм
    78,0 МПа 11300 фунтов на кв. дюйм
    Модуль упругости 0,0590 ГПа 8,56 тыс.фунтов/кв.дюйм
    Предел текучести при изгибе 41,4 МПа 6000 фунтов на кв. дюйм

    Что такое напряжение изгиба древесины?

    Прочность на изгиб и сжатие пород древесины, используемых в балках

    Максимальное напряжение (psi)
    Порода древесины Гибка
    Дуб, черный 1369 1610
    Сосна восточная белая 1222 1438
    Красное дерево 1320 1553

    Что такое прочность древесины на растяжение?

    Прочность на растяжение в направлении волокон обычно в 10-20 раз больше, чем его прочность перпендикулярно волокнам.Прочность на сжатие воздушно-сухой древесины составляет примерно половину соответствующей прочности на растяжение. Прочность на сдвиг древесины составляет 10-15% от ее прочности на растяжение в направлении волокон.

    Что такое предел текучести фанеры?

    2. Таблица данных

    Материал тип Предел текучести (МПа)
    Латунь С36000 217
    Медь С110 310
    Поликарбонат Литой 69.7 / 0,9
    Дерево Фанера 13,8

    Что такое напряжение древесины?

    Для простоты и экономии в использовании пиломатериалы с аналогичными механическими свойствами помещаются в категории, называемые степенями прочности, которые характеризуются (а) одним или несколькими критериями сортировки, (б) набором свойств для инженерного проектирования и (в). ) уникальное имя класса.

    Как определить прочность древесины?

    Хорошим показателем прочности древесины является ее плотность — вес данного объема.Это измеряется его удельным весом — весом одного объема дерева, деленным на вес такого же объема воды. Как правило, чем выше соотношение, тем плотнее и прочнее древесина.

    Что такое МЧС и МОР?

    В то время как MOE является мерой жесткости тела, MOR связан с максимальной силой, которой может сопротивляться элемент. Оба выражаются в виде напряжения, аналогичного большинству других механических свойств древесины.

    Обладает ли древесина высокой прочностью на растяжение?

    В однородной, безупречной древесине прочность на изгиб такая же, как и на растяжение.Прочность на растяжение в направлении волокон обычно в 10-20 раз больше, чем его прочность перпендикулярно волокнам. Эластичность и долговечность древесины увеличиваются по мере увеличения ее плотности.

    Какая древесина имеет самую высокую прочность на разрыв?

    3. Прочность дерева (Вы здесь.)

    Порода древесины Удельный вес* Прочность на изгиб (psi)
    Хикори 0,72 20 200
    Клен, твердый 0.63 15 800
    Клен, мягкий 0,54 13 400
    Дуб, красный 0,63 14 300

    Что такое пиломатериалы класса прочности? Приведите один пример?

    Сорта пиломатериалов с оценкой нагрузки Мягкая древесина, прошедшая сортировку по нагрузке, используется в качестве балок, столбов, стоек, стропил и балок, например, в тех случаях, когда материал обладает несущей способностью и к нему будут приложены рабочие напряжения.

    Сколько фунтов может вместить дерево?

    Максимальная грузоподъемность деревянного стола составляет около 150 фунтов.(68 кг). Средний вес, который мы используем, чтобы держать на столе, составляет всего около 15 фунтов. В общем, деревянный стол вполне выдерживает любую нагрузку, потому что на самом деле трудно представить себе 150 фунтов.

    Как измерить предел текучести?

    Запустите машину и продолжайте прилагать нагрузку.

  • В момент, когда значения нагрузки в этой точке называются пределом текучести.
  • Когда образец сломается, остановите машину.
  • Запишите предельное значение нагрузки.
  • Определите предел текучести и предел прочности при нагрузке, разделив предел текучести и предельную нагрузку на площадь поперечного сечения стержня.
  • Что такое стрессовая древесина?

    Стрессовая древесина помогает дереву позиционировать себя для оптимального поглощения солнечного света, а также помогает деревьям расти более прочно. Без стрессовой древесины дерево может быстро расти, но не может полностью поддерживать себя. Он не может выдержать нормальный износ и выжить.

    Что такое единица измерения предела текучести?

    Единицы измерения предела текучести: Н/мм^2 (Ньютоны на квадратный миллиметр), которые определяются как напряжение, которому материал способен противостоять до того, как оно станет текучим (удлиняется без возможности упругого возврата).

    Что такое предел текучести при растяжении?

    Предел текучести является одним из видов предела прочности при растяжении. Предел текучести определяется как предел текучести, который на самом деле представляет собой уровень напряжения, при котором происходит остаточная деформация в размере 0,2% от исходного размера материала, и определяется как уровень напряжения, при котором материал может выдержать напряжение до того, как он деформируется навсегда.

    Исследование расчетного значения прочности на сжатие пиломатериалов из пихты китайской на основе полноразмерных испытаний | Journal of Wood Science

    Результаты испытаний на сжатие

    Среднее значение, стандартное отклонение и коэффициент дисперсии прочности на сжатие с поправкой на содержание влаги 15 % для пиломатериалов размера китайской пихты представлены в таблице 2.Средние значения UCS 15 для нержавеющей стали марок № 1 и № 2 составили 30,71, 28,38 и 29,37 МПа соответственно. А среднее значение UCS 15 для марки № 1 было ниже, чем для марки SS и № 2. Это связано с большим влиянием сучков на прочность древесины. Кроме того, пиломатериал сорта № 1 содержал больше сучков [16]. Кроме того, обзол и пропуски в сорте № 2 существенного влияния на прочность древесины не оказали [17]. Коэффициент дисперсии (COV) UCS 15 для SS, № 1 и №2 класс составили 15,90, 13,55 и 15,70% соответственно. COV для прочности в основном зависел от размера, дефекта и вида. В предыдущих исследованиях сообщалось, что COV размерных пиломатериалов колебался от 10,70 до 36,70% [18]. Таким образом, сравнение COV, полученного в этом исследовании, с этими публикациями показывает, что характеристика большой изменчивости для древесины может быть отражена данными испытаний.

    Таблица 2 Прочность на сжатие с поправкой на содержание влаги 15 % для пиломатериалов размера китайской пихты

    Различие между данными измерений каждого сорта было проведено с помощью дисперсионного анализа (ANOVA).Результаты показали, что значения UCS 15 показали очень значимые различия между каждым сортом размерных пиломатериалов ( P  < 0,05, при уровне значимости 0,05). Таким образом, метод визуальной классификации NLGA является адекватным методом разделения UCS 15 для пиломатериалов размера китайской ели.

    Распределение вероятностей

    Важно определить распределение вероятностей механической прочности размерных пиломатериалов для их использования в строительных конструкциях.Гистограмма, кривые нормального и логарифмически нормального распределения UCS 15 для каждой марки показаны на рис. 1. Основные параметры подбора были важны для определения характеристических значений, а значения параметров подбора для двух моделей показаны в таблице 2.

    Рис. 1

    Логнормальная и нормальная посадка UCS 15 для пиломатериалов размера китайской пихты

    Тест

    K – S был выполнен с использованием программного обеспечения SPSS Statistics, и результаты приведены в таблице 3.Разный размер выборки имел разные критические значения D . В Таблице 3 показано, что все значения D UCS 15 для каждого класса были меньше критических значений D . Было доказано, что нормальное и логарифмически нормальное распределения были сочтены хорошо подходящими для фактического распределения UCS 15 для пиломатериалов размера китайской пихты. Меньшее значение D указывает на лучшую подгонку, значение D логнормального распределения для марки SS меньше, чем значение нормального распределения.Таким образом, логнормальное распределение, соответствующее данным UCS 15 для марки SS, кажется лучше, чем нормальное распределение. Напротив, нормальное распределение лучше подходит для оценок № 1 и № 2, чем логарифмически нормальное распределение. Для более надежной оценки индекса прочности для расчета характеристических значений в этом исследовании было выбрано как нормальное, так и логарифмически нормальное распределение UCS 15 для пиломатериалов размера китайской пихты.

    Таблица 3. Результаты определения прочности на сжатие по методу K–S

    Характеристические значения

    В соответствии с китайскими национальными стандартами GB 50068-2001 [19] и ASTM D 2915-2010 [20], характеристические значения UCS 15 для пиломатериалов размера китайской пихты могут быть оценены как 5% процентиль с 75 % уверенность.{{\mu_{f} (1 — k\delta_{f} )}} , $$

    (8)

    где μ ф – среднее значение логарифмической UCS 15 для НС 1 и 2 сорта, δ ф — COV логарифмической UCS 15 (таблица 2). k — коэффициент достоверности. Разные стандарты и образцы имеют разные значения k ( k  = 1.645 в китайских национальных стандартах GB 50068-2001 [19] для всех марок и k = 1,739 для марки SS; k  = 1,758 для классов № 1 и № 2 по ASTM D 2915-2010 [20] при 5% процентиле с достоверностью 75%).

    В качестве нормального распределения рассчитанные характеристические значения могут быть выражены следующим образом:

    $$ f = \mu_{f} — ks, $$

    (9)

    где μ ф — среднее значение UCS 15 для SS, No.1 и 2 класс; s — стандартное отклонение UCS 15 для каждого класса (таблица 2). Характеристические значения UCS 15 для нержавеющей стали марок № 1 и № 2 представлены в таблице 4.

    Таблица 4 показала, что расчетное характеристическое значение для марки SS было самым высоким. Для характеристических значений UCS 15 , рассчитанных по GB 50068-2001 [19] и ASTM D2915-2010 [20], существенных различий не обнаружено.Это связано с тем, что значение фактора уровня достоверности k существенно не отличается между GB 50068-2001 [19] и ASTM D2915-2010 [20]. Между тем, согласно китайским национальным стандартам, расчетные характеристические значения UCS 15 ( f 3 ) составляли 22,67, 22,05 и 21,78 МПа для нержавеющей стали марок № 1 и № 2 соответственно, что соответствует нормальному распределению, которое было меньше, чем у логнормального распределения ( f 1 ).Из соображений безопасности конструкции рассчитанные характеристические значения UCS 15 с использованием китайского национального кода ( f 3 ) были выбраны для расчета проектных значений.

    Расчетные значения

    Расчетное значение ( f д ) из UCS 15 для пиломатериалов размера китайской пихты на основе полноразмерных испытаний и анализа надежности рассчитывается с использованием уравнения.10. Среднее значение ( μ Р ) и коэффициент дисперсии ( δ Р ) напряжения сопротивления ( R ) можно рассчитать, используя уравнения. 11 и 12.

    $$ f_{d} = \frac{{\mu_{k3} f_{3} }}{{\gamma_{R} }}, $$

    (10)

    $$ \mu_{R} = \mu_{k1} \times \mu_{k2} \times \mu_{k3} \times \mu_{f} , $$

    (11)

    $$ \delta_{R} = \sqrt {\delta_{k1}^{2} + \delta_{k2}^{2} + \delta_{k3}^{2} + \delta_{f}^{2 } } , $$

    (12)

    , где f 3 – значения характеристик (таблица 4). μ ф — среднее значение UCS 15 и δ ф — коэффициент дисперсии UCS 15 (таблица 2). γ Р — парциальный коэффициент сопротивления. к 1 , к 2 и к 3 — поправочные коэффициенты для точности уравнения, геометрического характера и влияния продолжительности нагрузки соответственно.Статистические параметры поправочных коэффициентов по литературным данным [8] приведены в таблице 5. Согласно статистической теории, значение размерности R пиломатериалов разных сортов также соответствует нормальному распределению. Среднее значение и COV R показаны в таблице 6.

    Таблица 5 Статистические параметры поправочных коэффициентов (GB 50005-2003 [8]) Таблица 6 Статистические параметры напряжения сопротивления ( R ) для каждого сорта пиломатериала размера

    Чтобы получить частный коэффициент сопротивления, расчетное уравнение предельного состояния и функция производительности устанавливаются на основе анализа надежности второго порядка первого порядка [19].Метод расчета предельных состояний может быть направлен на удовлетворение критериев целевого уровня безопасности. Оценка надежности проектных значений может служить отправной точкой для обновления значений прочности пиломатериала в будущем в китайском стандарте [9]. Расчетное уравнение предельного состояния выражается следующим образом:

    $$ \gamma_{0} \left[ {\gamma_{D} E(D)_{n} + \psi_{C} \gamma_{L} E(L )_{n} } \right] \le f_{d} , $$

    (13)

    где γ 0 – коэффициенты важности структуры, равный 1.0 для расчетного срока службы 50 лет. γ Д – коэффициент влияния постоянной нагрузки, равный 1,2. γ Л – коэффициент действия временных нагрузок, равный 1,4. ψ с — коэффициент комбинации динамической нагрузки, равный 1,0. E ( D ) n — номинальные эффекты статической нагрузки. Э(Л) п — номинальные эффекты динамической нагрузки. Следовательно, уравнение 13 можно записать \( 1.2E(D)_{n} + 1.4E(L)_{n} \le f_{d} . \)

    Функция производительности ( G ) выражается следующим образом:

    $$ G = g(R,S) = R — S = R — \left[ {E(D) + E(L)} \right ], $$

    (14)

    , где E ( D ) – воздействие статической нагрузки (случайная величина), которая включает собственный вес элементов конструкции и других материалов. E ( L ) – влияние динамических нагрузок (случайная величина), которая включает в себя загруженность офиса ( L О ), жилая нагрузка ( L Р ), ветровая нагрузка ( L Ш ) и снеговая нагрузка ( L С ).Согласно китайскому национальному стандарту GB50009-2012 [21], данные постоянных нагрузок соответствуют нормальному распределению, а данные различных временных нагрузок соответствуют распределению экстремального типа I. Статистические параметры постоянных и временных нагрузок приведены в таблице 7.

    Таблица 7 Статистические параметры нагрузок (ГБ 50009-2012 [21])

    В сочетании с уравнениями. 11, 13 и 14 функция качества может быть выражена следующим образом:

    $$ G = R — \frac{{\mu_{k3} f_{3} \left[ {E(D) + E(L) } \right]}}{{\gamma_{R} \gamma_{0} \left[ {\gamma_{D} E(D)_{n} + \psi_{C} \gamma_{L} E(L) _{n} } \right]}} = R — \frac{{f_{d} (g + q\rho )}}{(1.2 — 1,4\ро )}, $$

    (15)

    где г — отношение динамической нагрузки к номинальной динамической нагрузке ( E ( L ) /E ( L ) n ). q — отношение статической нагрузки к номинальной статической нагрузке ( E(D)/E(D) п ). ρ коэффициент нагрузки E ( D ) n /E ( L ) n .

    Кроме того, коэффициент постоянной нагрузки является важным фактором для определения целевой оценки надежности. Индекс надежности ( β ), который должен соответствовать целевому индексу ( β 0  = 3.2), используется для определения расчетного значения UCS 15 . Это достигается путем взятия среднего значения индекса надежности при коэффициенте постоянной нагрузки ( ρ ), который определяется как 0,25, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3.0, 3,5 и 4,0. Четыре комбинации нагрузки, включая G  +  L О , Г + Л Р , Г + Л Ш и G + L С , использовались при оценке надежности цели.

    На рисунке 2 показано соотношение между индексом надежности ( β ) и коэффициентом постоянной нагрузки ( ρ ) каждого класса при постоянной нагрузке ( G ) плюс фактическая офисная нагрузка ( L О ). С ростом ρ β увеличивалась нелинейно, но тенденция к увеличению постепенно замедлялась.

    Рис. 2

    Зависимость индекса надежности от коэффициента аварийности

    Между тем, связь между индексом надежности ( β ) и частным коэффициентом сопротивления ( γ Р ) для каждого класса, взяв среднее значение всех моделируемых загружений, включая G  +  L О , Г + Л Р , Г + Л Ш и G + L С , показан на рис.3. Индекс надежности повышался при изменении парциального коэффициента сопротивления от 1,0 до 3,0. Различные комбинации нагрузок имеют разный индекс надежности. Максимальное значение β соответствовало стационарной нагрузке ( G ) плюс реальной офисной нагрузке ( L ). О ). Результаты, полученные в этом исследовании, аналогичны результатам предыдущих исследователей [22, 23].

    Рис. 3

    Зависимость показателя надежности от частного коэффициента

    Для определения парциального коэффициента сопротивления ( γ Р ), корреляция между индексом надежности ( β ) и частным коэффициентом сопротивления ( γ Р ), аппроксимированный кубической, логарифмической и аллометрической моделями для пихты китайской сорта SS, показан на рис.4.

    Рис. 4

    Прогнозирование показателя надежности по частному коэффициенту для СС марки

    Таблица 8 показала, что логарифмическая модель может лучше соответствовать данным, чем другие модели. Значение скорректированного r -квадрата равно 1.000 для каждого сорта соответственно. При этом стандартная ошибка логарифмической модели для каждого сорта была наименьшей. Поэтому для расчета частного коэффициента сопротивления была выбрана логарифмическая модель ( γ Р ).

    Таблица 8. Результаты установки различных моделей

    Чтобы соответствовать индексу надежности ( β ) 3,2, частные коэффициенты сопротивления ( γ Р ) составляли 1,187, 1,204 и 1,195 для SS, № 1 и № 2, соответственно. И расчетные значения прочности на сжатие, рассчитанные по формуле.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.