3. Методы определения механических свойств древесины

Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил. Эти свойства предопределяют возможность применения лесных материалов в качестве различных конструкционных строительных элементов и осуществления многих технологических процессов переработки древесины.

К важнейшим механическим свойствам относятся прочность - способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок и деформативность – способность древесины изменять свои размеры и форму под воздействием соответствующих усилий. Механические характеристики устанавливаются лабораторными испытаниями малых чистых образцов сечением 20×20 мм по методикам, предусмотренным стандартами на определенный вид испытаний.

При проведении этих испытаний обязательно учитываются такие особенности лесных материалов, как анизотропность и гигроскопичность, в связи с чем обязательно указывается в каком направлении к расположению волокон древесины прикладываются нагрузки и при какой влажности проводится данное исследование. Именно поэтому для сравнения показателей разных свойств испытуемой древесины, их значения приводят к нормализованной 12%-ной влажности. Механические характеристики устанавливают с помощью различного испытательного оборудования – гидравлических прессов, универсальных машин, которые позволяют измерять усилия с погрешностью не более 1% от прикладываемой нагрузки.

3.1. Определение прочности древесины при сжатии вдоль волокон

3.1.1 Оборудование и средства измерений:

- гидравлический пресс мощностью 10 т,

- приспособление для данного вида испытаний,

- штангенциркуль или микрометр,

- весы квадрантные,

- сушильный шкаф,

- бюксы.

3.1.2 Проведение испытаний

Испытывают стандартные прямоугольные образцы-призмы размером 2×2×3 см с различной степенью влажности.

Предварительно штангенциркулем или микрометром измеряют размеры поперечного сечения образцов различной влажности на середине их высоты с погрешностью не более 0,1 мм.

Рисунок 2- Приспособление для испытания образцов древесины на сжатие вдоль волокон:

1 – сферическая самоустанавливающаяся опора; 2 – образец древесины;

3 – пуансон; 4 – корпус; 5 – опора, воспринимающая нагрузку

Поместив образец в специальное приспособление со съемной шаровой опорой (рис.2) таким образом, чтобы усилие было направлено вдоль длины волокон древесины, и установив его в таком виде между плитами гидравлического пресса равномерно нагружают испытуемый образец со средней скоростью (25000±5000) Н/мин до момента разрушения, фиксируя максимальную нагрузку.

После испытания деформированный образец помещают в предварительно взвешенную бюксу, взвешивают вместе с бюксой и высушивают в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния, взвесив при этом вместе с бюксой с закрытой крышкой. По известной формуле (5) вычисляют влажность каждого образца в момент испытания, а потом по формуле (21) предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон с погрешностью не более 0,5 МПа.

(21)

где σ_w – предел прочности древесины при влажности W, МПа;

Р_max – максимальная нагрузка, Н;

a и b – размеры поперечного сечения образца, см.

Полученное значении предела прочности пересчитывают на нормализованную влажность по формулам (22 и 23):

(22)

где σ_12w – предел прочности древесины при 12%-ной влажности, МПа;

W – влажность образца в момент испытания (%), не превышающая 30%;

α – поправочный коэффициент на влажность, равный 0,04 для всех древесных пород, испытываемых на сжатие вдоль волокон и при статическом изгибе.

Если образец во время испытания имел влажность 30% и более, используют формулу пересчета на 12%-ную влажность (23):

(23)

где σ₃₀ – предел прочности при 30%-ной влажности, МПа;

К – перерасчетный (поправочный) коэффициент на 12%-ную влажность, равный: 0,4 – для березы и лиственницы;

0,445 – для граба, ивы, ели;

0,45 – для бука и сосны;

0,475 – для клена;

0,535 – для вяза и ясеня;

0,55 – для акации, дуба, липы и ольхи.

Результаты проведенных испытаний заносят (указывая породу древесины) в табл.4 и дают окончательное заключение по прочности при сжатии вдоль волокон серии из 3-х образцов с соответствующей влажностью.

Таблица 4 – Результаты определения прочности древесины при сжатии вдоль волокон

Показатели			Размер- ность		Данные испытаний
					1		2		3
Линейные размеры поперечного сечения образца	ширина (а)			мм
	толщина (b)			мм
Площадь поперечного сечения образца (а×b)			см2
Разрушающая нагрузка (Рmax)			Н
Влажность образца (W)			%
Предел прочности при сжатии вдоль волокон		σw	МПа
		σ12w	МПа
Среднее значение предела прочности при сжатии		σw	МПа
		σ12w	МПа