Экзаменационный билет № 22

Вопрос 1 Определение прочности древесины.

Методы определения предела прочности древесины. Предел прочности древесины определяют на небольших образцах ее в лабораториях, оборудованных специальными машинами и приборами. Методы испытания механических свойств, а также формы испытываемых образцов древесины установлены стандартом.

Предел прочности древесины при сжатии. Работа древесины на сжатие наблюдается наиболее часто. Сваи, колонны, всякого рода стойки и опоры, ножки в мебели работают на сжатие. Различают сжатие продольное и поперечное в радиальном и тангентальном направлениях.

До разрушения образец древесины сжимается (уменьшается в размере) по линии действия нагрузки. Это называют усадкой или смятием древесины. Особенно сильно смятие наблюдается при сжатии поперек волокон.

Предел прочности древесины при сжатии поперек волокон в 5—10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль них. Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон очень высок, в среднем для всех пород около 1200 кг/см2. Предел прочности древесины при растяжении поперек волокон в 10—20 раз меньше, чем вдоль волокон.

Предел прочности древесины на изгиб. Работа древесины на изгиб наблюдается часто. Изгибающие нагрузки нередко несут балки и бруски, стропила, детали эстакад, мостов, детали мебели.

В практике наблюдаются два типичных случая работы древесины на изгиб: 1) изгибаемая деталь обоими концами опирается на твердые опоры; 2) изгибаемая деталь закреплена только одним концом, а на второй действует нагрузка.

В одном и другом случаях изгибаемая деталь одновременно испытывает растяжение и сжатие разных ее частей вдоль волокон. В первом случае верхняя часть сжимается, нижняя растягивается, во втором, наоборот, верхняя растягивается, нижняя сжимается, В первом случае опасное сечение детали (место излома с наступлением предела прочности) будет посредине ее длины, во втором — близ места прикрепления детали. Внутренний слой древесины детали на границе растяжения и сжатия не испытывает ни сжатия, ни растяжения. Этот слой называется нейтральным (нейтральная линия). В нейтральном слое наблюдается напряжение на скалывание.

Сопротивление древесины изгибу складывается из сопротивления ее растяжению и сжатию. Поэтому между этими свойствами наблюдается определенная взаимосвязь: предел прочности древесины на изгиб меньше ее предела прочности на продольное растяжение и больше предела прочности на продольное сжатие.

Предел прочности древесины при скалывании и перерезании. Скалыванием называется сдвиг части древесины вдоль волокон, поперек волокон в радиальной или тангентальной плоскостях и поперек волокон перпендикулярно их направлению. Сдвиг поперек волокон перпендикулярно их направлению называется перерезанием или срезом. Сопротивление древесины на срез больше сопротивления на продольное и поперечное скалывание в несколько раз, так как при скалывании преодолевается только сцепление клеток, а разрушения их стенок не происходит.

Предел прочности древесины при кручении. Сопротивление древесины кручению наблюдается при работе вращающихся валов, осей, винтов и в других случаях, когда внешняя механическая сила стремится спирально скручивать волокна древесины. При кручении древесина обладает сравнительно небольшим пределом прочности. Лучше всего при кручении работает береза. Повышенная влажность древесины понижает предел ее сопротивления при кручении.

Причины, влияющие на предел прочности древесины. Основными факторами, влияющими на показатели предела прочности древесины, являются ее влажность и объемный вес. Увеличение влажности, как правило, понижает предел прочности древесины.

Тяжелая древесина прочнее легкой (при всех других одинаковых условиях). Считается, что предел прочности древесины пропорционален ее объемному весу. На прочность древесины влияют место положения ее в стволе, количество поздней древесины в годовых слоях, условия роста, возраст дерева и особенно наличие пороков.

Наибольшим пределом прочности обладает древесина комлевая, у нее и наибольший объемный вес. От комля к вершине предел прочности древесины снижается на продольное сжатие, например на 8% через каждые 6 м длины ствола.

Предел прочности ядровой и заболонной древесины хвойных пород отличается незначительно. Древесина заболони лиственных кольцесосудистых пород по прочности намного ниже ядровой. Изменение предела прочности древесины по радиусу поперечного сечения ствола деревьев лиственных рассеяннососудистых пород сравнительно небольшое, причем у одних пород от сердцевины к коре он несколько снижается, у других повышается. Пределы прочности древесины деревьев зрелого возраста и деревьев, выросших на благоприятной для них почве, выше.

Древесина, имеющая пороки, как правило, менее прочна сравнительно с древесиной без пороков. Показатели пределов прочности древесины той или иной породы надо рассматривать поэтому как величину среднюю, выведенную на основании многократных испытаний.

Деформативность древесины

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в "замороженные" остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.