Прочность древесины при сжатии вдоль волокон

Наиболее характерным из механических свойств древесины и важным в практическом отношении является прочность при сжатии вдоль волокон. Для испытаний применяют образец в форме прямоугольной призмы с основанием 20X20 мм и высотой (по направлению волокон) 30 мм. После измерения на половине высоты, ширины а и толщины b образец располагают между опорными поверхностями машины и нагружают вдоль волокон равномерно со средней скоростью 4000±1000 кГ/мин на весь образец.

Испытание доводят до явного разрушения образца и по шкале машины отсчитывают максимальную нагрузку Рmах с точностью 5 кГ. Предел прочности вычисляют с точностью 5 кГ/см² по формуле. Величина предела прочности при сжатии вдоль волокон существенно снижается при увеличении влажности до предела гигроскопичности. Деформация при сжатии вдоль волокон выражается в некотором укорочении образца. Разрушение обычно начинается с продольного изгиба отдельных волокон; во влажной древесине или в образцах из мягких или вязких пород наблюдается смятие у торцов и выпучивание боков, а в сухой древесине или в образцах из твердых пород — сдвиг одной части образца относительно другой по линии, проходящей на тангенциальной поверхности под углом около 60° к оси образца

Разрушения древесины при сжатии вдоль волокон в самом начале этого явления, еще совершенно незаметного для невооруженного глаза, в толстых стенках поздних трахеид хвойных пород появляются поперечные штрихи, так называемые линии скольжения, составляющие с осью трахеид угол около 70°. В дальнейшем линии скольжения соединяются в линии разрушения, направленные обычно под углом к волокнам; в этой стадии разрушения искривления волокон еще не наблюдается. После появления этих линий начинается разрушение, видимое невооруженным глазом. Это разрушение выражается в искривлении клеточных стенок, а вместе с ними и волокон (рис. 53).

Характер разрушения может быть двух типов — сдвиг и смятие. В первом случае волокна искривляются, сдвигаясь в сторону и относительно друг друга, а во втором — одна часть волокна сминается и частично проникает в полость другой части. Древесина оказывает довольно большое сопротивление сжатию вдоль волокон, что обусловливает частое ее применение в этих условиях работы (сваи, стойки, ноги стропильных ферм и др.). Рассматриваемое свойство древесины хорошо изучено. Пределы прочности древесины основных пород при сжатии вдоль волокон приведены в табл. 35.

В среднем для всех пород предел прочности при сжатии вдоль волокон составляет (с округлением) 450 кГ/см², т. е. он примерно в 2,7 раза ниже предела прочности при растяжении вдоль волокон. Предел пропорциональности при сжатии вдоль волокон для некоторых наших пород (лиственницы, сосны, пихты, ясеня) составляет в среднем 0,7 предела прочности.

52 Прочность древесины при статическом изгибе (методы испытаний и показатели прочности).

Для испытания на статический изгиб применяются образцы в форме бруска размерами 20X20X300 мм. Неподвижные опоры и ножи должны иметь закругление радиусом 15 мм; расстояние между центрами опор l = 24 см. После измерения посредине длины сечения (ширины b и высоты h) образец располагают на опорах и нагружают в двух точках на расстоянии 8 см от каждой опоры, равномерно со скоростью 700 ±150 кГ/мин на весь образец, который доводится до полного излома. По шкале машины отсчитывают максимальную Нагрузку Рmах с точностью 1 кГ. Предел прочности вычисляют по формуле:

Предел прочности при статическом изгибе существенно зависит от влажности. При изгибе в древесине возникают нормальные напряжения (на растяжение и сжатие вдоль волокон) и касательные напряжения (на скалывание вдоль волокон). Первые достигают максимума в крайних волокнах, наиболее удаленных от нейтральной плоскости, а вторые — в нейтральной зоне, которая теоретически должна проходить посредине высоты бруска.

В древесине из-за различий прочности при растяжении и сжатии вдоль волокон нейтральная плоскость смещается в сторону растянутой зоны, что обусловливает неравенство нормальных напряжений (на растяжение и сжатие вдоль волокон). Деформация при изгибе внешне выражается прогибом образца и измеряется стрелой прогиба. Так как прочность древесины при сжатии вдоль волокон значительно меньше, чем прочность при растяжении, разрушение при изгибе начинается в зоне сжатия в виде складок, хотя на глаз оно редко заметно. Окончательное разрушение происходит в зоне растяжения и заключается в разрыве или отщепе крайних волокон и полном изломе образца. Излом древесины высокого качества волокнистый или защепистый, при низком качестве — раковистый, почти гладкий.

Защепистость излома более резко выражена в растянутой зоне образца; пучки волокон там крупнее и длиннее; в сжатой зоне, наоборот, эти пучки мелкие и короткие.

Прочность древесины при статическом изгибе по величине занимает промежуточное положение между прочностью при растяжении и сжатии вдоль волокон и может быть в среднем для разных пород принята равной около 900 кГ/см². Если прочность при сжатии вдоль волокон принять за единицу, прочность при статическом изгибе будет примерно в 2 раза, а прочность при растяжении вдоль волокон — в 2,7 раза выше. Предел пропорциональности при статическом изгибе составляет в среднем 0,7 от предела прочности. Заштрихованная на диаграмм фигура, ограниченная кривой изгиба и перпендикуляром, опущенным из точки максимального ее подъема на ось абсцисс, характеризует работу, затраченную на излом образца. Величина площади этой фигуры зависит не только от максимальной нагрузки Рmах и стрелы прогиба в момент разрушения fmax, но и от формы кривой и ее наклона по отношению к оси абсцисс; следовательно, площадь этой фигуры, пли работу А, затраченную на излом образца, можно выразить формулой:

где η — коэффициент полноты диаграммы, показывающий, какую часть площади прямоугольника со сторонами Р_mах и f_maxсоставляет площадь заштрихованной фигуры. Для древесины дуба коэффициент полноты в среднем равен 0,62. Разделив общую работу на объем образца получим удельную работу, которая может служить характеристикой вязкости древесины.

Высокая прочность и легкость приложения усилия обусловливают широкое применение древесины для деталей, работающих на изгиб: всевозможные балки, стропила, фермы, мосты, ригели шахтных креплений, подмости, обрешетка и т. д. Различие между прочностью при радиальном и тангенциальном изгибе обнаруживается только у хвойных пород: предел прочности при тангенциальном изгибе может быть на 10—12% выше, чем при радиальном; у лиственных пород прочность при изгибе в обоих направлениях практически можно считать одинаковой (разница 2—4%). Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины направлены вдоль оси: бруска, могут быть случаи, когда волокна направлены поперек оси бруска. В двух последних случаях предел прочности древесины ели и сосны составляет 1—5%, а бука — около 20% предела прочности при обычном изгибе.

53 Методы определения влажности древесины

Для определения влажности древесины используют различные способы. Наиболее распространенными из которых являются весовой и электрический.

Поиск по сайту: