9.5 Определение физико-механических свойств древесины

Перед испытанием отбирают пробы древесины и из них выпиливают образцы по ГОСТ 16483, 1-84 «Древесина, методы отбора образцов и общие требования при физико-механических испытаниях».

9.5.1 Определение плотности

Для определения плотности из древесины изготавливают образцы в виде прямоугольной призмы сечением 20×20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм. Подлежащие испытанию образцы должны иметь прямые углы и гладко выструганные поверхности. Размеры поперечного сечения измеряют штангенциркулем с точностью до 0,1 мм по осям симметрии образцов. Объём образцов вычисляют с точностью до 0,01 см³. Сразу после измерений образец взвешивают на технических весах с точностью до 0,01г и вычисляют плотность:

, (9.1)

где - масса образца при влажностиW;r;

- объём образца при влажности W, см.явление наблюдается в комлевой части этим ическом инарост.ов (рис.

Найденную плотность пересчитывают на стандартную 12%-ую влажность древесины:

, (9.2)

где - коэффициент объёмной усушки, %;

- влажность образца, %.

Если коэффициент объёмной усушки не определяется, то при пересчете для древесины берёзы, бука и лиственницы значение его берут равным 0,6, а для прочих пород - 0,5.

9.5.2 Определение прочности древесины

9.5.2.1 Определение предела прочности при сжатии

Прочность древесины определяют путём испытания малых чистых (без видимых пороков) образцов древесины.

Испытание древесины на сжатие производится вдоль и поперёк волокон (рисунок 9.8). Испытание выполняют на образцах в виде прямоугольной призмы сечением 20×20 мм с высотой вдоль волокон 30 мм. Перед испытанием измеряют сечение образца (в середине его длины) штангенциркулем с точностью 0,1 мм.

Рисунок 9.8 - Схема испытания на сжатие:

1 - вдоль волокон, 2 - поперек волокон

При испытании вдоль волокон нагрузка на образец передается через металлическую призму сечением 20×20 мм, установленную в центре испытуемого образца. При сжатии древесины вдоль волокон разрушение образца происходит вследствие потери устойчивости стенок клеток и появления деформаций в виде линий скольжения.

При испытании поперёк волокон нагрузка на образец передаётся через специальную стольную обойму. При сжатии древесины поперёк волокон разрушение образца происходит при резком падении нагрузки. Ввиду того, что древесина при испытании подвергается сильному уплотнению, трудно непосредственно установить разрушающую нагрузку. Поэтому за величину разрушающего усилия принимают нагрузку, при которой деформация образца составляет от его высоты.

Предел прочности при сжатии вычисляют с точностью до 0,1 МПа по формуле

, (9.3)

где - разрушающая нагрузка, Н (кгс);

a, b- размеры поперечного сечения образца, см.

Сразу после испытания замеряют влажность образца. Затем вычисленный по этой формуле придел прочности при сжатии нужно привести к стандартной влажности 12 % с точностью до 0,5 МПа, пользуясь формулой

(9.4)

где - поправочный коэффициент на влажность, равный: для сосны, кедра, лиственницы, бука, ясеня, берёзы- 0,05; для ели, дуба и других лиственных пород – 0,04.

Предел прочности при сжатии хвойных пород поперек волокон в 10-12 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Прочность древесины в основном зависит от средней плотности. Она может быть приближенно определена по таким формулам:

для сосны:

; (9.5)

, (9.6)

где -предел прочности при сжатии древесины вдоль волокон, МПа;

-средняя плотность древесины при 12% влажности, г/см³.

Прочность лесоматериалов зависит от содержания поздней древесины и средней плотности. Поэтому при отсутствии возможности определения в лаборатории прочности древесины путем механических испытаний можно, зная число годовых слоев в 1 см² и процент поздней древесины, по существующим эмпирическим формулам приближенно определить прочность древесины. Для этого определения может служить любой образец, при условии, что размер его в радиальном направлении был не менее 20 мм, а одна из торцовых поверхностей гладко остругана. Количество годовых слоев определяется на 1 см по радиальному направлению следующим образом: на торцовой поверхности образца отмечают две точки на расстоянии 2 см друг от друга и подсчитывают число целых годовых слоев, приходящихся на этот отрезок (рисунок 9.9). Число годовых слоев на 1см вычисляют по формуле

, (9.7)

где N- общее число целых годовых слоев на отрезке;

ℓ - их протяженность по радикальному направлению, см.

Для ядровых пород (дуб, ясень и др.) зависимость предела прочности вдоль волокон от количества годовых слоев выражают в МПа формулой

. (9.8)

Рисунок 9.9 - Определение количества годовых слоев

Предел прочности при сжатии вдоль волокон можно определить по проценту поздней древесины. Для этого в каждом из годовых слоёв на отрезке ℓ измеряют ширину поздней зоны с точностью до 0,1 мм. На торцовой поверхности это делают с помощью лупы, на косом срезе - по масштабной линейке. Затем все величины на данном отрезке суммируют (рисунок 9.10) и процент поздней древесины вычисляют по формуле

, (9.9)

где ℓ – общая протяженность тех годовых слоёв, в которых измерялась ширина поздней зоны, мм;

m – процент поздней древесины;

- общая ширина поздних зон, мм.

Зависимость придела прочности древесины при сжатии вдоль волокон в МПа от процентного содержания в ней поздней древесины выражается формулами

для сосны: ; (9.10)

для дуба:. (9.11)

Рисунок 9.10 – Определение процента поздней древесины:

,,,- слои поздней древесины;l – общая длина участка