Механические свойства

Целлюлозные цепочки всегда представляют собой нитевидные молекулы. Растительная клетка имеет форму трубки, стенки которой образованы длинными, уложенными приблизительно параллельно нитевидными молекулами целлюлозы.

Таким образом, с инженерной точки зрения любую древесину можно считать пучком параллельных трубок. Поскольку материал этих трубок по существу для всех пород одинаков, то прочность дре­весины зависит от толщины стенок и, следовательно, от средней плотности древесины.

Механические свойства древесины не отличаются от свойств, ко­торые можно ожидать от пучка трубок или волокон.

Прочность древесины определяют путем испытания малых, чис­тых (без видимых пороков) образцов древесины. Прочность древеси­ны характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.

Прочность древесины как анизотропного волокнистого материала в большей степени зависит от того, под каким углом к волокнам на­правлена сила. В области растяжения диаграмма растяжения-сжатия практически линейна, а дерево при этом ведет себя как хрупкий материал.

Прочность древесины зависит также от породы дерева, средней плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, на­личия пороков и влажности Прочность дре­весины понижается, когда ее влаж­ность возрастает от 0 до 30% (до предела гигроскопической влажности), при этом в интервале влаж­ности 8-20% понижение прочности прямо пропорционально приросту влажности:

Статическая твердость численно равна нагрузке, которая не­обходима для вдавливания в образец древесины половины метал­лического шарика радиусом 5,64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 см²). Твердость древесины по торцу на 15-50% выше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35-50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) - 50-100 МПа, очень твердые (кизил, самшит) - более 100 МПа. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износо­стойкостью и лучше удерживают шурупы.

Твердость древесины понижается при увлажнении.

Ударную твердость рассчитывают по массе стального шарика диаметром 2,5 мм, падающего на об­разец древесины; и вычисляют по диаметру отпечатка, вычисляемый по определенным формулам. Ударную и статическую твердость пересчитывают к влажности 12%.

Модуль упругости воздушно-сухой сосны и ели - 10000-15000 МПа, он возрастает с увеличением плотности древесины, а увлажне­ние его снижается. Известно, что гнуть сырую древесину легче, чем сухую. Еще больше облегчает гнутье древесины пропаривание - это удобный способ нагрева древесины без ее высушивания.

Особенностью древесины является ползучесть, проявляющаяся особенно во влажных условиях. Следствием ползучести является по­степенное увеличение деформаций (прогибов балок, провисание те­совых крыш и т.д.) при длительном действии нагрузки.

Факторы, влияющие на механические свойства древесины. Общая тенденция состоит в том, что, чем плотнее древесина, тем большую прочность она имеет. Плотность и прочность древесины возрастает, если лес растет на возвышенных местах и песчаных поч­вах.

Прочностные характеристики древесины несколько снижаются с повышением температуры.