Лекція № 3 механічні властивості деревини

1. Загальні відомості про механічні властивості деревини.

2. Тривалий опір деревини. Методика його визначення.

3. Пороки деревини та їх вплив на механічні властивості.

4. Вплив вологості й температури на механічні властивості деревини.

5. Розрахункові опори деревини. Методика їх визначення.

6. Розрахунок елементів дерев’яних і пластмасових конструкцій.

Загальні відомості про механічні властивості деревини.

Механічні властивості деревини, що є природним полімером, вивчають на основі реології (науки про зміну властивостей речовин у часі під впливом тих чи інших факторів (зокрема навантаження). Основними показниками, що характеризують механічні властивості деревини є:

• Межа міцності σ_м – найбільше напруження, що може сприйняти матеріал, після його досягнення настає руйнування;

• Межа пропорційності σ_пц – найбільше напруження, в межах якого залежність між напруженнями та деформаціями (σ-) прямопропорційна σ = Е (а коефіцієнт пропорційності Е називають модулем пружності).

Визначають механічні властивості шляхом випробувань на випробувальних машинах, так званих, малих чистих зразків (рис. 3.1). Характер роботи деревини при випробуванні цих зразків подано на рис 3.2.

Величини модуля пружності деревини сосни та ялини при розтяганні та стисканні вздовж волокон практично однакові до рівня напруження 20 МПа (досягають 14000 МПа). Вище цього рівня напруження модуль пружності деревини при стисканні неухильно знижується.

При згині виділяють три стадії роботи чистої деревини (рис. 3.3):

1. Пружна робота. Напруження в стиснутій зоні менше міцності деревини на стиск σ_с < R_с. Розподіл напружень відповідає лінійному закону;

2. При подальшому зростанні навантаження епюра напружень у перерізі видозмінюється. У стиснутій зоні напруження досягають міцності деревини на стиск σ_с= R_с , починається утворення складок зминання, що відображає розвиток пластичних деформацій. Напруження в цій зоні не зростають, нейтральна зона зміщується вниз від геометричної осі перерізу, а напруження в розтягнутій зоні збільшуються (не досягаючи міцності деревини на розтяг σ_р < R_р);

3. Зі збільшенням навантаження пластичні деформації у стиснутій зоні розвиваються вглиб перерізу, займаючи дедалі більший об’єм матеріалу. В розтягнутій зоні напруження досягають межі міцності деревини на розтяг σ_р= R_р, і зразок руйнується.

Рис. 3.1. Зразки та схеми основних випробувань малих чистих зразків деревини на міцність:

1 – стиск вздовж волокон; 2 - стиск упоперек волокон; 3 – місцеве зминання упоперек волокон; 4 – розтяг вздовж волокон; 5 – розтяг упоперек волокон; 6 – статичний згин;

7 – сколювання вздовж волокон.

Деревина – матеріал з яскраво вираженою анізотропією, тобто її механічні властивості мають різні величини в різних напрямках і залежать від кута між напрямком дії зусилля та волокон (рис. 3.4). Анізотропія зумовлена структурою, будовою та складом деревини.

1

2

3

Рис. 3.2. Типові криві σ- для деревини сосни:

1 - розтяг вздовж волокон

2 - стиск вздовж волокон

3

σ_с<R_с σ_с=R_с σ_с=R_с

- зминання впоперек волокон

σ_p<R_p σ_p<R_p σ_p=R_p

Рис. 3.3. Діаграми нормальних напружень при роботі деревини під час згинання;

а – стадія 1; б – стадія 2; в – стадія 3

Рис. 3.4. Графік напружень зминання деревини в залежності від кута зминання α⁰