Предел прочности при статическом изгибе

При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет МПа, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Испытание механических свойств древесины на изгиб

Для испытания древесины на статический изгиб применяют образцы в форме бруска размерами 20 * 20 * 300 мм.

Предел прочности при статическом изгибе, МПа, вычисляют по формуле:

бw = (3/2) * ((Pmax*l) / (b * h2)),

где Pmax - максимальная нагрузка, Н;

l - пролет, т.е. расстояние между центрами опор;

b и h - ширина (в радиальном) и высота (в тангенциальном) направлениях, мм.

Прочность древесины при сдвиге

Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам

Сдвиг деталей: а — обыкновенный; б — двойной

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Для испытания на скалывание вдоль волокон применяют образец:

Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют по формуле: Tw = Pmax / (b * l),

где (b * l) - площадка скалывания, мм2.

Твёрдость

Твёрдость характеризует способность древесины сопротивляться вдавливанию более твёрдого тела.

Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных.

По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы:

1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);

2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);

3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Испытания на статическую твёрдость проводят по схеме:

Для испытания на твёрдость используют приспособление, которое имеет пуансон с полусферическим наконечником. Его вдавливают на глубину радиуса. После испытания в древесине остаётся отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 мм2. Показателем статической твёрдости образца, Н/мм2, является усилие, отнесенное к этой площади.

Деформативность

Деформативностью называют способность древесины изменять свои размеры и форму при воздействии усилий. Деформации, исчезающие после прекращения действия силы, называются упругими, а сохраняющиеся после снятия нагрузки - остаточными.

Показателями деформативности служат модули упругости, коэффициенты поперечной деформации, модули сдвига древесины. В условиях непродолжительного воздействия нагрузок древесина ведет себя как упругое тело.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.

Модуль упругости при растяжении и сжатии поперек волокон значительно меньше модуля при сжатии и растяжении вдоль волокон: для лиственных пород в 20, а для хвойных - в 25 раз

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Ударная вязкость

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Поиск по сайту: