Механические свойства древесины

Древесина – материал с ярко выраженной анизотропией, т.е. обладает разными механическими свойствами в разных направлениях. Анизотропия обусловлена структурой, строением и составом материала. Само строение древесины определяет три взаимно перпендикулярных направления:

Рис. 6. Разрезы ствола:

– вдоль волокон – а ;

– поперёк волокон радиально – r ;

– поперёк волокон тангенциально – t (по касательной к годичному слою);

Прочность – способность древесины сопротивляться разрушению от механических воздействий. Прочность древесины в значительной степени зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам. При действии усилий вдоль волокон оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях, и древесина имеет наибольшую прочность. При действии же усилий поперёк волокон они легко сплющиваются или расслаиваются, поэтому прочность древесины невелика.

Жесткость – способность элемента воспринимать внешние нагрузки, без существенного изменения размеров и формы. Жесткость древесины определяется модулем упругости. Модуль упругости древесины вдоль волокон принят равным E = 10000 МПа (фактически E = 9000-15000 МПа). Модуль сдвига древесины G = 750 МПа, и это соотношение намного меньше, чем в изотропных материалах, что приводит к необходимости учета деформаций сдвига при определении прогибов конструкций. Модуль упругости поперек волокон Е₉₀ = 400 МПа.

Твёрдость – способность древесины сопротивляться проникновению другого твёрдого тела. Она определяется величиной нагрузки требуемой для вдавливания стальной полусферы радиусом 5,64 мм. Твёрдость сосны поперёк волокон Т₉₀ = 1000 Н. Малая твёрдость облегчает обработку древесины, но делает её поверхность легко повреждаемой. Волокнистое строение и малая твёрдость дают возможность относительно легко забивать гвозди в древесину.

Хвойные породы древесины Сосна

Сосна относится к хвойным породам. Живет 400 — 600 лет и в зрелом возрасте (120 — 150 лет) достигает высоты 30 — 40 м. Ствол у нее прямой, ровный, его легко строгать и пилить. Древесина легкая — 520 кг/м3.

Дерево имеет ядровую часть ствола, которая по цвету почти не отличается от желтовато-белой широкой заболо­ни. При сушке и хранении ядро темнеет и принимает бу­ровато-красный оттенок. Ранняя древесина светлее по­здней. Сучки располагаются в сердцевине в концах годич­ного прибавления в росте. Побеги направлены вверх под острым углом к оси ствола, поэтому в разрезе (на пилома­териалах) имеют овальную форму. Смоляные ходы круп­ные и многочисленные. Древесина мягкая и легко обраба­тывается, не растрескивается при высыхании. Благодаря своему красивому цвету и четко выраженной текстуре она находит широкое применение в производстве столярных изделий, в изготовлении художественных резных и то­карных изделий.

В зависимости от степени смолистости различают два сор­та сосны — смолку (сильно засмоленную) и сухощепку, или дутицу, содержащую минимальное количество смолы. Сухо­щепку сплавляли по рекам, а смолку — нет, так как она тя­желая и по пути может затонуть. Смолка может пролежать на дне реки не один десяток лет. Поэтому и использовали ее там, где очень сыро: при постройке причалов, пристаней, мо­стов, деталей деревянных кораблей. Три-четыре венца из смол­ки плотники старались уложить в срубе первыми.

В столярном деле смолистую сосну стараются не приме­нять. При обработке смола прилипает к инструменту и ме­шает строгать и пилить, забивает и засаливает шлифоваль­ные материалы и инструменты, поднимает лаковое покры­тие при случайном нагревании. Но если применяют, то пе­ред отделкой ее обязательно обрабатывают специальными составами для удаледия смолы, т. е. обессмоливают.

Сухощепка идет на изготовление изделий, не способ­ных выдержать больших нагрузок. Она легко режется и строгается, хорошо поддается протравке и окрашиванию.

Ель

Ель по распространенности занимает второе место после сосны. Живет она до 300 лет и в зрелом возрасте (120 — 150 лет) иногда достигает высоты 50 м. Ствол ее круглый и прямой. Древесина — легкая (450 кг/м3), мягкая, безъяд­ровая, однородно-белая с чуть золотистым оттенком, в те­чение длительного времени способна сохранять натураль­ный цвет. Поздняя древесина имеет вид узкой светло-бу­рой полосы, которая переходит в раннюю постепенно. Суч­ки на ели расположены мутовчато, почти под прямым уг­лом к оси ствола; из-за этого они на тангенциальном разре­зе кажутся круглыми. Древесина имеет малую смолистость, она стойкая к растрескиванию. Древесину ели труднее, чем древесину сосны, резать и шлифовать.

Ель — дерево исключительное по своим свойствам. Од­ним из таких свойств является музыкальность. Из ели с древнейших времен делают музыкальные инструменты, в том числе струнные. Новгородские гусли средневековой Руси чаще всего делали из ели.

Верхние деки скрипок, виолончелей, гитар издавна де­лают из резонансной ели, обеспечивающей инструментам красоту звучания. Она словно удерживает в себе звук.

Требования к музыкальной древесине особые: она должна быть без сучка и задоринки в прямом и переносном смысле — не иметь сучков, завитков, крени и других поро­ков. Годичные слои должны быть одинаковой ширины, а на радиальном разрезе прямыми и параллельными.

В поисках хорошего материала мастера и реставраторы му­зыкальных инструментов находят древесину при разборке ста­рых домов, которая за десятилетия стабильного микроклима­та приобретает поистине чудесные музыкальные свойства. Дело в том, что при постепенном высыхании в капиллярах смоля­ных ходов древесины образуются микроскопические резонан­сные камеры, она как бы обретает голос.

Французский исследователь XIX века Савар подсчитал скорость прохождения звука в еловой древесине. Оказа­лось, что она в 15 — 16 раз больше, чем скорость звука в воздухе. Было множество попыток заменить древесину ели древесиной других пород, но ни одна из них не увенчалась успехом. Специалисты считают, что вряд ли удастся скоро найти материал, который по своим акустическим свойствам будет подобен резонансной ели.

Древесина ели трудна в обработке из-за большой твердо­сти сучков, но в некоторых местностях избы возводили пол­ностью из ели. Считали, что в такой избе дышится легко, даже бытовала поговорка: «Изба елова, да сердце здорово».