Лабораторная работа №2 Определение модуля упругости и предела прочности древесины при статическом изгибе

Цель работы- определить временное и нормативное сопротивления древесины изгибу, а также её модуль упругости.

Оборудование и материалы:

1. Испытательная машина Р-5.

2. Приспособление для испытания.

3. Штангенциркуль с точностью измерения до 0,1 мм.

4. Образец древесины в форме прямоугольного бруска поперечным сечением 20x20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм.

Порядок выполнения работы

Посередине длины образца измеряют ширину b - в радиальном направлении и высоту h - в тангенциальном направлении. Образец располагают на двух опорах, расстояние между которыми l = 240 мм (рис. 3.1). Образец нагружают в одной точке посередине расстояния между опорами.

Нагружение образца проводят в статическом режиме с такой скоростью, чтобы образец разрушился через 1 - 2 мин. Испытания проводят в тангенциальном направлении до разрушения образца, то есть до начала движения стрелки силоизмерителя в обратную сторону.

При достижении значения нагрузки 800 Н, производится плавное разгружение до 200 Н, после чего цикл повторяют один раз. При трех последующих нагружениях, в момент достижения нагрузки 300 Н и 800 Н, измеряется прогиб с точностью до 0,01 мм. Отсчеты по индикатору заносятся в таблицу 1. По результатам полученных данных определяется модуль упругости.

После циклического загружения выполняется ступенчатая нагрузка с шагом 200 до разрушения образца для определения временного сопротивления и построения графика зависимости деформаций от напряжений. В стадии разрушения фиксируется величина нагрузки.

В образце при нагружении возникают сжимающие напряжения в верхней части образца и растягивающие в нижней. Поскольку прочность на сжатие вдоль волокон значительно меньше прочности на растяжение, разрушение начинается с образования почти невидимых складок в сжатой зоне образца. Окончательное разрушение происходит в растянутой зоне в виде разрыва или отслоения крайних волокон и полного излома образца.

Рис. 2.1. Схема испытания древесины на статический изгиб

После испытаний определяют вид излома образца. При низкой прочности образца получается гладкий, обрывистый излом (рис. 2.2, а), а при высокой прочности - защепистый, волокнистый

излом (рис, 2.2, б).

Рис. 2.2. Вид излома образца при изгибе: а - гладкий; б - защепистый

После испытания определяют влажность образца с помощью влагомера.

Обработка результатов испытаний

Определив максимальную нагрузку Р, вычисляют предел прочности древесины по формуле:

σ_w = 1,5Р_таxl /bh², (9)

г д е Р_таx - максимальная разрушающая нагрузка, Н;

l - расстояние между опорами, см;

b - ширина образца, см;

h - высота образца, см.

Предел прочности пересчитывают на влажность 12 %:

σ₁₂ =σ_w[1+α(W - 12)]

где а - поправочный коэффициент на влажность, равный 0,04 для всех пород;

W - влажность образца в момент испытания, %.

Модуль упругости древесины при кондиционировании образцов (E_W)  вычисляют по формуле:

где p - нагрузка, равная разности между верхним и нижним пределами нагружения, Н;

l - расстояние между опорами;240 мм

b - ширина образца, мм;

h - высота образца, мм;

f - прогиб образца в зоне чистого изгиба, равный разности между средними арифметическими результатами измерения прогиба при верхнем и нижнем пределах нагружения, мм.

Показания индикатора при статическом изгибе

№ п/п	Нагрузка F, Н	Отсчеты по индикатору, мм			Модуль упругости Ew
		u	Δu
1	2	3	4	5
Циклическое нагружение
1	300	0,067	0,153	13751
	800	0,22
2	300	0,7	0,17	11931
	800	0,87
3	300	0,88	0,11	19148
	800	0,99
Δucp			0,144	14943

Рис. 2.3. Зависимость деформаций от нагрузки (циклическое нагружение)

Протокол определения предела прочности при статическом изгибе

Маркировка образца	Размеры поперечного сечения образца, мм		Макс. нагрузка, Fmax, Н.		Влажность, %		Предел прочности, МПа
	А	b					σω	σ12
1	2	3		4		5		6	7		8		9
1	19,66	19,86		3842		10,7		178,34	168,85		18,24		332,7
2	19,76	20,07		3224		10,7		145,82	140,69		-9,92		98,4
3	20,12	19,7		3330		10,7		153,53	142,29		-8,32		69,2
									150,61

Определение расчётного сопротивления

Дисперсия:

Среднее квадратическое отклонение:

Средняя квадратическая ошибка:

Коэффициент вариации:

Показатель точности испытания:

Доверительный интервал среднего арифметического:

Нормативное сопротивление материала:

Расчетный предел прочности древесины при статическом изгибе:

Рис. 2.4. Характер разрушения образца.

Выводы:

В ходе выполнения лабораторной работы были изучены методики определения модуля упругости и предела прочности древесины при статическом изгибе.

Сравним полученные расчетные значения с нормативными значения древесины для класса прочности С45.

Предел прочности сосны при статическом изгибе в ходе лабораторных испытаний равен 40,02 МПа с относительной точностью испытания 7,54%. Нормативное значение прочности древесины при изгибе для класса прочности С45 - 45 МПа. Полученное значение отличается от нормативного на 11,1%. Существенная разница в этих значениях объясняется наличием пороков древесины образцов.

Модуль упругости сосны получился равным 14943 МПа, что больше указанного в СП 64.13330.2017 нормативного значения Е = 10 000 МПа. В зависимости от приложенных нагрузок и весомого значения модуля упругости, можем сделать вывод, что наши образцы имели достаточно большую жесткость материала и слабо подвергался деформации.