Механическая прочность древесины, страница 11

Из-за прочности стенок клетки сминаются приотносительно больших напряжениях.При всех степеняхсжатиядревесины, имеющихкомнат1гую6температуру, отношения упругой и пластической деформации к полной,есть величины довольно устойчивые для определенной влажности.6См. примечание к параграфу 3.2.78При сжатии поперек волокон сухой древесины всех пород врадиальном,анекоторыхлиственныхпороди втангенталыюмнаправлении общая деформация может доходить до 75%. Величинадеформации "обратно пропорциональна объемному весу древесины: чембольше вес, тем меньше деформации.Привеличинеотносительнойдеформации,близкойк50%,наблюдается боковое выпучивание, сопровождаемое микроразрушениемдревесины.Сжатие вдоль волокон существенно отличается от поперечногосжатия по многим показателям. В отличие от прессования древесины припоперечном сжатии разрушение вдоль волокон происходит по линиямскольжения, которые развиваются под разными углами в зависимости отпороды древесины и ее плотности.

Чем плотней древесина, тем меньшеугол наклона. С вертикальной линией угол разрушения составляет у дуба57°, у сосны 59,5°, у пихты 84,5°.Надо заметить, чтонаблюдение линий скольжения являлосьтрудновыполнимой задачей. При пошаговом нагружении образца в немразвиваются деформации вплоть до критической нагрузки (определяется всерии испытаний), при достижении которой следующее приращение силыприводит к лавинообразному разрушению. Причем заранее неизвестно судовлетворительнойточностьюданноекритическоезначение.Приходилось при появлении первых признаков разрушения мгновенноразгружать образец.

По Иванову, если время до начала разгрузкипревышало 0,5 секунды, то образец тут же разрушался, и наблюдать линиискольжения не представлялось возможным [36, 37].Визуально, даже при успешном разгружении, вид получающихсялиний скольжения давал мало поводов для успешных выводов о свойствахматериала, поэтому применялись различные дополнительны приборы иметоды.79При изучении под микроскопом явления разрушения древесинысосны при сжатии вдоль волокон обнаружено, что имеющиеся на стенкахтрахеид мельчайшие, едва уловимые в поляризованном свете, линиискольжения развиваются в крупные, составляющие с осью трахеид уголоколо 70°. В дальнейшем линии соединяются в линии разрушения, приэтом каждое волокно ведет себя, как стержень при продольном изгибе.Углы наклона линий скольжения в ранней древесине значительнобольше, чем в поздней. Для сосны, по данным Баженова В.А., углысоставляют соответственно 29,2° и 17,3°.

Для лиственницы, по даннымВихроваВ.Е., 27° и 15,8°.Второй вид обнаружения линий скольжения, по Иванову Л.А., [33] наначальных стадиях разрушения, заключается в рассмотрении в микроскопокрашенную хлор-цинк-йодом древесину. В местах разрушения целлюлозасоприкасается с раствором, в результате чего происходит сине-фиолетовоеокрашивание.Подробнее о линиях скольжения будет сказано при анализесобственного эксперимента в следующих главах.Если сравнивать деформативность древесины в зависимости отвлажности, то существуют следующие данные: При сжатии вдоль волоконнаименьшая деформация наблюдаетсяусухой древесины.

Общаядеформация у большинства пород не превосходит 1-2%, а упругая - 0,5 1,0%.У распаренной древесины общая деформация при сжатии вдольволокон у твердых лиственных пород доходит до 30-40%, у мягкихлиственных и хвойных пород - 5 - 10%. Разная деформативностьобъясняется особенностями структуры годовых слоев и сердцевидныхлучей. Сердцевидные лучи при продольном сжатии любой древесиныиграют роль стяжек между годовыми слоями, оказывая сопротивлениебоковому расширению. Этим влиянием сердцевидных лучей и объясняется80разная величина коэффициента поперечной деформации в радиальном итангентальном направлениях (по данным Хухрянского П.Н.).При сжатии сухой древесины упругая деформация значительноменьше пластической.Имеетпрактическийинтерестаблицаданных,полученнаяпоэкспериментам Леонтьева Н.Л., [56] о средних значениях поперечнойдеформации у различных пород древесины при сжатии поперек волокон,которая приводится здесь полностью для получения представления оразличии в деформативности различных плоскостей анизотропии (таблицаЗ.З)7.Коэффициент поперечной деформации определяется по формуле:<;=(3.5)50/Егде:е - относительное сжатие вдоль линии действия силы;бо - относительное боковое расширение.Как видно из таблицы, коэффициент поперечной деформациисущественно зависит от породы дерева.

К тому же, он зависит отнаправления сердцевидных лучей по отношению к плоскости расширения.Сердцевидные лучи выступают в роли стяжек между годовыми слоями,оказывая сопротивление боковому расширению.Особый интерес представляет циклическое нагружение древесиныприсжатиипоперекивдольволокон.Наиболеедостоверныеэксперименты, на наш взгляд, проведены Ивановым Ю.М. [35] наКорректность полученных результатов вызывает большие сомнения, так как коэффициентыпоперечной деформации являются весьма неустойчивой величиной. Значения Леонтьева по некоторымнаправлениям анизотропии в несколько раз отличаются от данных, полученных, например Штамером иЗиглершмидтом, а также ЛТА в 1936 и 1946 годах. Причем значения у каждого исследователя (в томчисле и автора) отличны друг от друга.81Таблица 3.3Средние значения коэффициентов поперечной деформациипри сжатии поперек волокон древесины разных пород при влажности 1015%.Коэффициенты поперечной деформацииПородадревесины'згаStaЯагSir<3atЯпБук0,4100,3300,0300,7300,0200,360Береза0,5800,4500,0430,8100,0400,490Дуб0,4300,4100,0700,8300,0900,340Ель0,4400,4110,0170,4800,0310,250Сосна0,4900,4100,0300,7900,0370,380Ясень0,4300,2600,0430,7400,0430,600В таблице первый индекс приqобозначает направление поперечнойдеформации, второй - направление силы, вызвавшей деформацию.

При этом:a - направление вдоль волокон;г - радиальное направление;/ - тангенциальное направление.малых стандартных образцах. Как указывает Иванов Ю.М., необходиморазличатьдва вида циклического поведения древесины. В том случае, еслинагрузканеобратимыепревосходитпределадеформации, постояннуюпластичности,площадьдревесинапетлиимеетгистерезисаионеизменныймодульупругихдеформаций.Количествоцикловнагружения, в пределах которых проводил свои исследования автор,составляло более 30 000. При повторной статической нагрузке за пределомпластического течения наблюдается рост остаточной деформации, болееПроведенные автором эксперименты показали иное поведение древесины, что обуславливается впервую очередь размерами образцов и, соответственно, величиной нагрузки.82быстрый рост площади петли гистерезиса, чем остаточной деформации зацикл, и уменьшение модуля упругих деформаций.

Резкое падениеизмеренной упругой деформации после образования в образце складкиразрушения является результатом дальнейшего быстрого развития складкии роста необратимых деформаций при разгрузке. Проще говоря, древесинапри циклическом нагружении ведет себя также как и большинство твердыхтел, имеющих способность необратимо деформироваться9.На этом завершим краткое рассмотрение особенностей работыдревесины при сжатии и перейдем к анализу существующих методоврасчета на сжатие и устойчивость, предварительно обратившись к общемувиду диаграммыЛегко«напряжение — деформация» (рис. 3.4 б).заметить,чтодиаграммасущественноотличаетсяотдиаграммы «a-s» при растяжении своей криволинейной формой, начинаяот 0,5 максимальной нагрузки.

Здесь имеется ярко выраженный участокразвития деформаций при постоянном напряжении. Поведение древесиныза точкой В не исследовано и поэтому обозначено пунктирной линией. Понашему предположению запредельное состояние может быть двух видов,что обозначено на диаграмме цифрами 1 и 2. В первом случае криваянаправлена вниз, что соответствует работе при сжатии вдоль волокон.Необходимо также отметить, что при детальных исследованиях процессазапредельной работы при сжатии вдоль волокон, третьего участка можетНекоторые противоречия исследованиям Иванова Ю.М. были найдены у Хухрянского П.И..Последний указывает, не приводя подробных данных о виде образца и испытательного оборудования,что диаграмма «напряжешге — деформация» при втором цикле нагружения заметно отличается отпервого цикла, а если сравнивать все следующие циклы со вторым, то различие не усматривается, если,конечно, напряжение не превосходит предела пластического течения.Хотя эксперименты с циклическим приложением нагрузки не разбираются подробно в даннойработе, нельзя не отметить, что поведение образцов зависит от их размеров.