Акустическое сопротивление

Средние значения скорости распространения звука

В плоскости поперек волокон скорость звука примерно в 3-4 раза меньше, чем вдоль волокон, причем в радиальном направлении она несколько выше, чем в тангенциальном. С увеличением влажности и темпе­ратуры древесины скорость распространения звука уменьшается. Скорость звука в других материалах составляет, м/с: в стали 5050, в свинце 1200, в каучуке 30, а в воздухе 330.

Важная характеристика древесины при оценке ее способности отражать и проводить звук -акустическое сопротивление, Па-с/м:

Величина этого показателя для комнатно-сухой древесины вдоль во­локон указана ниже в таблице 2

Таблица 2

Акустическое сопротивление

Порода	Лиственница	Сосна	Дуб	Ясень	Бук	Береза
R

Для сравнения укажем, что воздух имеет акустическое сопротивление 429, каучук 3 10³, а сталь 393 10⁵ Па-с/м.

По мере распространения звуковых волн в материале вследствие потерь энергии на внутреннее трение происходит затухание колебаний. При этом величина амплитуды уменьшается по экспоненциальному закону.

Для характеристики скорости затухания колебаний и одновременно величины внутреннего трения (вязкости) материала используют показатель 8-логарифмический декремент колебаний, численно равный натуральному логарифму отношения двух амплитуд, отделенных друг от друга интервалом в один период.

Для определения декремента колебаний в древесине ЦНИИМОД разработал ГОСТ 16483.31-74. Схема установки, в которой использован электромагнитный способ возбуждения колебаний, показана на рис. 1. Древесина относится к диомагнетикам, т. е. веществам, имеющим отрицательную магнитную восприимчивость, которая у нее составляет (2,5-6)10². Поэтому для возбуждения продольных колебаний на торцы об­разца размерами 20 × 20 × 300 мм (последний размер вдоль волокон) наклеи­вают ферромагнитные пластинки.

Образец 4 размещают на опорном устройстве, как показано на схеме рис.1,а. При этом иглы 3 диаметром 1 мм вводят в заранее высверленные отверстия на глубину 5-6 мм. От генератора 1 электромагнитные колеба­ния подаются навозбудитель2 и через ферромагнитную пластинку 8 при­водят образец в колебательное движение. Механические колебания образ­ца преобразуются датчиком 5 в электрические сигналы, напряжение и час­тота которых измеряется милливольтметром 6 и частотомером 7.

Для возбуждения изгибных колебаний ферромагнитные пластинки наклеивают на боковые стороны образца, а возбудитель и датчик распола­гают по схеме на рис. 1 б. Плавно изменяя частоту колебаний, приводят образец в состояние резонанса.

Рис. 1. Схема установки для звуковых испытаний древесины резонансным методом: а - схема установки для возбуждения продольных колебаний образца; б - схема располо­жения электромагнитных возбудителя и датчика при изгибных колебаниях образца

Этот момент устанавливают по максималь­ному отклонению стрелки милливольтметра и фиксируют резонансную частоту, по которой можно определить скорость распространения звука. Для определения декремента колебаний частоту воз­мущающих колебаний изменяют на величину f (по обе стороны от f ₀), при которой максимальная (резонансная) амплитуда уменьшается вдвое.

Логарифмический декремент продольных и изгибных колебаний вы­числяют с погрешностью не более 0,5 10^-4Нп^• по формуле

(5)

где f_о - частота резонансных колебаний, Гц; и , - частота колебаний с амплитудой, равной половине резонансной, Гц.

Нп— "непер" - отношение двух физических величин, натуральный логарифм которо­го равен единице.

Представление о порядке величин логарифмического декремента ко­лебания древесины дает таблице 3 Логарифмический декремент колебаний древесины.

Указанные в таблице 3 значения относятся к случаю действия возни­кающих при колебаниях напряжений вдоль волокон древесины. Если на­пряжения направлены поперек волокон, то, как показал В.В. Тулузаков на древесине ели, 8 увеличивается примерно в 4 раза.

диапа­зоне от 1,5 до 7 кГц величина этого показателя возрастает в 2-4 раза.

Сложная зависимость декремента от влажности при комнатной тем­пературе была установлена Ф. Кольманом и Г. Крехом . Увлажне­ние древесины вначале приводит к уменьшению декремента; при влажно­сти 6-8 % его значения достигают минимума; затем при повышении влаж­ности до предела насыщения клеточных стенок декремент возрастает, а при дальнейшем увлажнении почти не изменяется. Увеличение температу­ры древесины вызывает снижение величины декремента колебаний.

Величина декремента колебаний зависит от частоты. Так, по данным МЛТИ при изгибных колебаниях образцов, подвешенных в местах распо­ложения узловых линий на двух нитях, с увеличением резонансной часто­ты от 0,2 до 1,5 кГц декремент изменяется незначительно.

Показатели, характеризующие распространение звука в древесине, используются для определения ее упругих постоянных и прочности. Ультразвуковые испытания древесины позволяют обнаруживать скрытые дефекты.

Так, в свежесрубленных деревьях при положительных температурах по изменению скорости распространения ультразвука в по­перечных сечениях ствола можно обнаруживать внутреннюю гниль и ус­танавливать ее протяженность по длине ствола. Ультразвуковые методы применяют также для неразрушающего контроля качества (прочности, жесткости, структур­ной неоднородности, шероховатости) модифицированной древесины и древесных плит.

Ультразвук повышенной интенсивности и частоты используют для обработки древесины с целью улучшения ее пропитки .

Таблица 3

Поиск по сайту: