Механическая прочность древесины, страница 12

Так, например, при2испытаниях автора образцов сечением 4x4 см и меньше на сжатие при нагрузках до 50% отразрушающей не обнаруживается существенных остаточных деформаций. Однако, на больших образцахостаточные деформации становятся заметными (до 35% от упругих) и присутствуют при любом циклеиспытаний (от 1 до 10). При этом каждая последующая петля все сильнее отклоняется от петли припервом нагружении. Объяснение данному феномену и различию наблюдаемых свойств у автора,Иванова и Хухрянского, по-видимому, лежит в области влия1гия количества структуры древесины вобразцах различных размеров, а также связано с пределом прочности на смятие отдельных элементовмикро - и макростроения древесины.83не оказаться вовсе. Дело в том, что образование складки на образце помногим даннымприводитк егомгновенномуразрушению, что,естественно, нуждается в проверке на так называемой «жесткой» машине(что и было сделано в ходе работы).Цифрой 2 обозначен закритический участок при сжатии древесиныпоперек волокон.

Как говорилось ранее, этот вид напряженного состоянияхарактеризуется спрессовыванием образца с дальнейшим его упрочнением.Точный вид данной кривой неизвестен.В настоящее время расчет деревянных конструкций при сжатииведется по методу предельных состояний:сг=-<^(3.6)где Re - расчетное сопротивление, полученное при испытании стандартных образцов.Вкачествестандартногообразцадонастоящеговременииспользуется призма сечением 20x20 мм2 из чистой древесины.Интересные данные по влиянию размера образца на прочность присжатии вдоль волокон удалось обнаружить у Свеницкого Г.В. Испытавобразцы с размерами 100x100x300 мм 13 штук, 50x50x150 мм - 7 и45x60x100 мм3 17 образцов, он построил кривые <<а-е» для каждой изсерий в системе координат «ср - xjr», гдеср - отношение действующегонапряжения на образец к максимальному, a\j/ - такое же отношение10деформации в данный момент к общей .Автор получил следующие значения предела прочности: для кубиковсечением 100x100 мм22222378 кг\см , 50x50 мм - 382 кгХсм и для сечения245x60 мм — 452 кг\см и предела пластического течения, соответственно,300 кг\см2, 310 кг\см2, 359 кгХсм2.

Отношение предела прочности к пределу10К сожалению, у автора не указана порода древесины, из которой он изготовлял образцы. Известно,что выбранная порода оказывает влияние на значение предела прочности.84пластического течения составило 0.80 для первой серии, 0.75 для второй и0.80 для третьей, соответствующее отношение деформаций было принято0,65, как усредненный показатель для всех образцов.Опыты показали, что образцы сечением 45x60 мм2 обладаютповышенной прочностью.

Предел наступления необратимых деформацийоказалсявеличинойдостаточноустойчивойотгеометрическихпараметров.Для получения более полной картины влияния размеров на прочностьнеобходимо провести испытания на образцах более крупных размеров, чем100x100 мм , с целью определения того минимального значения объемадревесины, начиная с которого прочность сохраняется постоянной во всемдиапазоне изменения рабочей площади.К сожалению, ввиду ограниченного количества исследований, нельзясделать какие-либо однозначные выводы по влиянию масштабногофактора на прочность древесины при сжатии, можно лишь обозначитьдальнейшее направление исследований, призывая экспериментаторовотойти от стандартных испытаний, чтобы полнее и правильнее понятьособенности поведения древесины при сжатии.Расчет на прочность необходим, главным образом, для короткихстержней.11 Более длинные элементы рассчитывают на устойчивость.Потеря устойчивости сопровождается искривлением оси стержня принапряжениях, меньших предела прочности.Небезынтересны данные о влиянии высоты образца на пределпластического течения, полученные Панферовым К.В.

при испытанияхсосновых образцов на сжатие поперек волокон в радиальном итангенциальном направлениях [74]. График показан на рисунке3.5.11. Короткими считаюттакие стержни, у которых отношение высоты к ширине меньше или равно7\1.70«ч5« 60^ \бs 50ФIg 40ожт 30а^ч.^_^ S r_^*»—анна— в а н — д ^ ^ ~ — — Z T ^ * B » ^ ^ ^ ——~— ^^^—fg^mс 2010346высота, смРис. 3.5 Влияние высоты образца на предел пластического течениясосны при сжатии поперек волокон а) в радиальном, б) втангенциальном направлениях00ел86Ивановым Ю.М. указывается, что влияние высоты образца на пределпластического течения не эквивалентно для случаев сжатия вдоль ипоперек волокон. При сжатии вдоль волокон оно гораздо менеесущественно, чем при поперечном сжатии.При решении задач, связанных с потерей устойчивости, применяютнесколько важных допущений.

Предполагается, что стержень идеальнопрямой и сила приложена строго центрально.12 При указанных идеальныхусловиях прямолинейная форма стержня всегда является возможнойформой его равновесия. Для оценки устойчивости этой формы нужноприложить малую поперечную нагрузку Q, вызывающую прогиб. Приотсутствии сжимающей силы Р малая поперечная сила вызовет малыйпрогиб. Если сила Р невелика, то положение стержня останется таким же иравновесие не нарушится.Формула для определения устойчивостидеревянного стержнявыглядит следующим образом:aK37^J¥~<->где ф - коэффициент продольного изгиба, эмпирически полученныйКочетковым Д.А.q>= 1-а(А\100)2(3.8)Причем, если А<70, то используют формулу Эйлера, если больше 70, товводят вышеуказанный поправочный коэффициент, в котором а —эмпирический12параметр,принимаемыйЧто практически невозможно достигнуть на практике.длядревесины0,8.87Нормативными документами вводятся также предельно допустимыегибкости строительных конструкций.Опытыпо определениюустойчивостивнецентренносжатыхстержней проводил Свеницкий Г.В.

Им построены графики зависимостивеличины изгибающего момента, который вызывается внецентреннымприложением нагрузки, от измеренного прогиба. Было обработано 135испытаний, из которых 55 образцов принимались размерами 6x8 см2 сгибкостью от 15 до 143, и 69 образцов сечением 2,4x3 см , с гибкостью от46 до 146. Для каждой гибкости испытания проводились при трехзначениях относительного эксцентриситета — 0,5; 1,0; и 2,0 (относительныйэксцентриситет равен отношению действительного эксцентриситета крадиусу ядра сечения стержня в плоскости изгиба).В результатеобработки автор сделал вывод о том, что все образцы зависимости отгибкости и эксцентриситета могут быть разделены на две группы. Кпервой группе относятся стержни, у которых удалось обнаружить пределпластического течения, а ко второй — стержни, у которых пределпластического течения отсутствовал.В качестве основного результата испытаний был построен график,показанный на рисунке 3.6.

Этот график дает в долях предела прочностина сжатие ф величины критических нагрузок, определенных по теорииустойчивости, для внецентренно сжатых стержней с гибкостью X приотносительном эксцентриситете т . На графике не заштрихованнымикружками и квадратиками обозначены стержни, не давшие пластическоготечения, заштрихованными — с пределом пластического течения. Есть итретья группа стержней по Свеницкому, в которой часть стержнейпоказала пластические деформации, а часть оставалась упругой. Такиестержнипоказаны наполовинузаштрихованнымиквадратикамиикружками. Зубаревым Г.Н. на этом графике построены две граничныекривые.

Кривая 1 разделяет стержни первой и второй группы. Так для88стержней влево и вниз от кривой предел пластического течениясуществует, а стержни справа и вверх теряют устойчивость раньшедостижения этого предела. Кривая 2, практически совпадающая с кривой1, показывает, что для стержней, лежащих на граничной кривой,критическаянагрузкапоустойчивостисовпадаетспределомпластического течения, и краевое напряжение сжатия равно пределупрочности на сжатие.Если сравнивать пределы пластического течения при растяжении исжатии, по данным Иванова Ю.М., предел при растяжении будетзначительно больше. Такое явление можно объяснить особенностямивнутреннегостроения древесины.

Если при растяжении главными«стержнями»,воспринимающиминагрузки,будутволокна,аихпластическая деформация невелика, то при сжатии в работу включаютсяеще и вещества, отвечающие за прочность соединения волокон междусобой.Но решающую роль в пластическом деформировании древесиныиграет устойчивость отдельных анатомических элементов. ЗамеченоХухрянским П.Н., что у спрессованной древесины предел пластическоготечения при сжатии приближается к пределу прочности, составляя 0,95 —0,98,чтовызываетсяприобретениемустойчивостианатомическихэлементов при объемном весе древесины больше 1 г\см .Предел пластического течения при растяжении и сжатии поперекволокон практически не изучен.

Встречаются единичные опыты поопределению данного параметра, по которым не удается составить ясноепредставление.14По наблюдениям автора какого-либо пластического течения в широком понимании этого термина,используемого для металлов, при сжатии поперек волокон не наблюдается вообще. На всем протяженииопыта присутствует накопление необратимых деформаций, но не рост деформаций при неизменностинагрузки.*v»»—«1u*——«**-——•i«1-J;:-I|jtn a -.Til :v *з oo ш щ m # $&~Z' MF<! /.;•/.41Рис. 3.6 График кривых, построенный по теории устойчивости для различных зна­чений эксцентриситета mмДОUC90Для полноты обзора исследований работы древесины на сжатиенельзя обойти вниманием вопрос о влиянии угла наклона действующейсилы к волокнам на прочностные параметры.Первыедостоверныеопытыпоисследованиюсжатияподразличными углами к волокнам можно найти у Флаксермана А.Н. [121].Сосновые образцы имели размеры 20x20x30 мм , располагаясь длиннойстороной по направлению действия силы.

На основании полученныхданных автором были построены диаграммы пределов прочности насжатие древесины. Однако Флаксерману не удалось получить какое-либоаналитическое выражение для определения предела прочности, которое быудовлетворительно коррелировалось с экспериментом.Через двадцать лет опыты Флаксермана были усовершенствованы исущественно дополнены Ивановым Ю.М. [38]. Чтобы исключить разбросдшшых, Иванов вырезал образцы из одного соснового кряжа размерами30x30x30 мм3. Кряж разделывался на плахи, из которых вырезались брускис разными углами Р поворота граней брусков в плоскости поперечногосечения ствола. Эти углы являлись углами между поверхностью годовыхслоев и плоскостью углов а поворота граней образцов к продольной осиствола.