5. Механические свойства ДиП при действии кратковременных нагрузок. Диаграмма работы. Анизотропия.

При всей относительной стройности структуры хвойных пород ее трахеиды не стандартны, что является основной причиной изменчивости ее механических свойств.

Механические свойства древесины, являющейся природным полимером, изучаются на основе реологии – науки об изменении свойств веществ во времени под действием тех или иных факторов, в данном случае нагрузок. Известно, что при быстром, кратковременном действии нагрузки древесина сохраняет значительную упругость и подвергается сравнительно малым деформациям.

Основным механическим свойством древесины является прочность. Для определения прочности древесины используются стандартные образцы:

Стандартные образцы для определения временных сопротивлений (предела прочности) древесины: а – растяжение вдоль волокон; б – поперечный изгиб; в – сжатие вдоль волокон; г – скалывание вдоль волокон; д – смятие поперек волокон.

Для сравнения прочности древесины необходимо показатели прочности приводить к одной влажности. За стандартную принята влажность 12 %. Приведение к стандартной влажности производят по формуле:

Где: _w – предел прочности при влажности в момент испытания, W – влажность в момент испытания,  - поправочный коэффициент, зависящий от породы древесины и от вида испытания.

Также прочность можно определить по количеству поздней древесины и огнестрельным методом, сущность которого заключается следующем: делаются стандартные прострелы и по глубине проникания пули определяется прочность.

Анизотропия. Благодаря особенностям строения древесина является анизотропным материалом, ее механические свойства различны в различных направлениях и зависят от угла между направлением действующего усилия и направлением волокон, что выражается зависимостью:

6. Длительное сопротивление ДиП. Реологический характер деформации. Методы определения реологических характеристик.

На прочность древесины благодаря ее реологическим свойствам значительно влияют скорость приложения нагрузки или продолжительность ее действия. Если серию одинаковых деревянных образцов загрузить, например на изгиб, различной по значению постоянной нагрузкой, то разрушение их произойдет через разные промежутки времени – чем больше нагрузка, тем быстрее разрушится образец. Представив результаты этих испытаний в виде графика, получим асимптотическую кривую, по которой можно определить, сколько времени пройдет от начала загружения до момента разрушения. Асимптотический характер кривой показывает, что предел прочности падает с увеличение длительности действия нагрузки, но не безгранично – он стремится к некоторой постоянной величине _дл равному ординате асимптоты кривой. Длительное сопротивление характеризует такое значение нагрузки, пр котором древесина не разрушится как бы долго ни была приложена нагрузка.

Кривые деформации во времени: а – при  < _дл; б – при  > _дл.

Кривая длительного сопротивления древесины.

Коэффициент длительного сопротивления

При изменении температуры (базовая – 20⁰ С) кривая длительного сопротивления перемещается вдоль оси ординат параллельно исходной: вверх – при уменьшении температуры, вниз – при увеличении температуры древесины.

Температурный коэффициент временной прочности

Длительное сопротивление является показателем действительной прочности древесины в отличие от предела прочности, определяемого быстрыми испытаниями на машине. Переход от предела прочности к длительному сопротивлению производится умножением предела прочности _вр на вышеперечисленные коэффициенты.

При напряжениях меньших _дл деформации с течением времени затухают, стремясь к некоторому пределу как показано на рисунке. При обратной ситуации после некоторого уменьшения скорости деформаций на участке в-г наступает развитие деформаций с постоянной скоростью на участке г-д. Далее в момент времени t₁ начинается ускоренный рост деформаций, приводящий к разрушению материала.

Кривая длительной сопротивления задается уравнением:

Процесс разрушения древесины при выдерживании ее под действием различных по величине нагрузок с различным временем выдержки начинается при условии, что:

Где: _I – время длительности i загружения, долговечность этого материала при i нагрузке;

Если принять линейный закон загружения , то: