Механическая прочность древесины, страница 14

В конструкциизакладывается запас прочности, превышающий порой 200% от расчетнойпрочности. О рациональном использовании материала в этом случае, какправило, не упоминают.Одним из основополагающих факторов при расчете на чистый изгибявляется диаграмма «напряжения-деформации>> при растяжении и сжатии,которая в настоящее время получена экспериментальным путем наобразцах из чистой древесины.Удивительно, что подобные данныепереносятся на реальные конструкции, которые, в силу своих реальныхразмеров,существенноотличаютсяот«чистых»образцов.Наконструкции, помимо пороков строения, оказывает влияние масштабныйфактор.

На взгляд автора, гораздо вернее использовать для расчета98диаграммы, полученные на больших образцах натуральной древесины,которые до настоящего времени отсутствуют.В завершении раздела, как принято в структуре данной работы,приведем величины предела прочности древесины при статическом изгибе(таблица 3.4), которые используются нами в качестве сравнительныххарактеристик.Таблица 3.4.Прочность древесины при изгибе.ПородаПредел прочности при изгибекгс/смБереза972Дуб1022Кедр502Ель693Липа555Пихта550Сосна870Ясень10573.5.Кручение древесины.Кручение — один из самых малоисследованных видов напряженногосостояния древесины [21, 123].Работы в данном направлении вел Белянкин Ф.П., попытавшийсясоздать единственную на сегодня существующую теорию кручениядеревянных стержней.

Вся теория построена на предположении, чтодеревянный стержень можно рассматривать, как систему цилиндровразличного радиуса, вставленных друг в друга. При закручивании стержня99каждоеиз элементарныхволоконнаворачиваетсянаповерхностьсоответствующего цилиндра по винтовой линии, происходит скручивание,изгиб и растяжение элементарных волокон, а между элементарнымиволокнами возникают усилия связей, препятствующих смещению однихволокон относительно других.Однако каких-либо рекомендаций предложить не удалось. Каксчитает Перелыгин Л.М., основная трудность в исследовании кручениядревесины заключается в предыдущем вопросе о скалывании.На сегодняшний моментнельзя найти описаниесвойств прикручении древесины ни в одном существующем нормативном документе ив учебниках по деревянным конструкциям.3.6.Сложные виды напряженного состояния.В заключение раздела отметим также, что работа древесины приболее сложных видах нагружения порождает до настоящего времени лишьмножество неразрешимых вопросов, как с экспериментальной проверкой,так и, непосредственно, с построением единой теории.

Причем здесь необязательно приводить в пример трехосное напряженное состояние,например, такие болеепростыевидынагружения,как двухосноерастяжение или двухосное сжатие не исследованы вовсе. Справедливостиради нельзя не отметить, что многие пытались проводить подобныеэксперименты, но до сих пор не существует ни одной рекомендациипроектировщикам и инженерам, не говоря уже о самих расчетныххарактеристиках.Необходимо построение единой теории, отвечающей на множествонеразрешенных вопросов, особенно таких широко востребованных напрактике,как скалываниеи раскалываниедревесины.Прочностьдревесины на скалывание составляет всего 1\5 — 1Y7 прочности при сжатии100вдоль волокон, а, как известно, скалывающие касательные напряжениямогут возникать в широко распространенных изгибаемых элементах иоказывать даже решающее влияние на работу конструкции.Несомненно, огромный объем теоретической и экспериментальнойработы по определению прочности древесины будет привлекать все новыхисследователей.3.7.Краткие выводы.Проведя обзор основных работ в области исследования прочностныххарактеристик древесины при различных видах напряженного состоянияможносделатьнеутешительныевыводы18.Существующаятеорияпрочности, как и теория проведения эксперимента не отвечает на главныйвопрос о том, какие нагрузки выдержит деревянная конструкция приэксплуатации.Вся современная теория базируется на данных испытаний малыхобразцовтакназываемой«чистой» древесины,чтоприводиткнеправильному пониманию основ восприятия древесиной нагрузок.Если рассматривать диаграммы «напряжения — деформации», то всеихпостроениезаканчиваетсяточкой максимальногоусилия.Чтопроисходит за пределами этой точки не исследовано, хотя давно известно,что величина остаточной прочности составляет существешгую часть общейпрочности и является важным резервом при проектировании сооружений.До настоящего времени нет единого мнения о методике проведениятаких важных экспериментов, как на скалывание и кручение, не говоряуже о трехосных видах напряженного состояния.

Соответственно нет иобобщенных предложений по расчету.Необходимо отметить, что в работе не рассматриваются вопросы динамической прочности, так как онилежат за пределами настоящего исследования.101К сожалению, в литературе практически не удается найти сведения оботказах деревянных конструкций, хотя, что достоверно известно автору,такие случаи имеются, но они не публикуются и не обсуждаются вшироких кругах инженеров, проектировщиков и исследователей.По-видимому,причинанедостаточныхзнанийопараметрахпрочности древесины лежит в подходах, которые базируютсянаэксперименте.

Известны единичные исследования прочности древесины —как взамосвязанного явления, мало того, существуют единицы работобобщающего типа.Существующие попытки создать единую теориюпрочности пестрят усложнениями, наличием гипотез и часто зависят отусловий проведения испытаний и особенностей оборудования.Как выяснилось в ходе работы, даже исследованное вдоль и поперексжатие древесины преподносит немало удивительныхоткрытий исюрпризов.Все же так называемый «инженерный» подход к определениюпрочности имеет ряд существенных недостатков. Метод объединенияотдельных, порой разрозненных экспериментов, объединяемых в однутеорию с наличием множества допущений, не вьщерживает провероквременем. Следует более ясно понять суть явления, чтобы затем отглобальногодвигатьсяк частнымслучаям(видамнапряженногосостояния). Проведенное в работе исследование сопротивления древесинынагрузкам, проведенное при «жестком» режиме нагружения, даетпринципиальноновуюпочвудляразмышленийпоследующимэкспериментаторам.Хотелось бы надеяться, что в работе сделан один из первых шагов вправильном направлении, конечной точкой которого станет созданиеисчерпывающей теории прочности не только древесины, но и другихподобных материалов с анизотропией свойств.

Причем, что немаловажно,полученныенаблюденияопираются на работырядавыдающихся102механиков прошлого: Треска, Сен-Венана, Кармана и многих других.Такая теория должна охватывать все многообразие материалов, видовнагружения, особенностей в проведении того или иного эксперимента и независеть от условий проведения опытов, испытательного оборудования идругих случайных факторов.1034.

Трещиностойкость древесины. Анализ прочности спозиций механики разрушения.Хотя методика испытаний на трещиностойкость и аналитическиеподходы существенно отличаются от способов, принятых в классическоймеханике,без анализаработ,проведенныхспозициймеханикиразрушения и касающихся древесины, обзор был бы неполным.Знание данных методов позволяет оценить прочность древесины сприродными или искусственными дефектами строения, которые являютсяконцентраторами напряжений.Кроме того, автор достаточно много времени уделял исследованиюобразцов с трещиной [100 - 104, 106 - 108] при написании кандидатскойдиссертации.На данный момент автором получен ряд новых результатов наэкспериментах, любезно предоставленных научным руководителем покандидатской диссертации Гаппоевым М.М.

[23] и подробно описанных,например, в [106, 107].4.1. Прочность деревянного образца с позиций механикиразрушения.В отличие от классических испытаний древесины на прочностьмеханикеразрушениясуществуютчеткиестандартывпоэкспериментальному определению основных величин трещиностоикостиматериала-напряжений.вязкостиразрушенияОсновойлюбогои коэффициента концентрацииподобногоэкспериментаявляется104искусственно создаваемая в образце трещина с заостренной вершиной,которая является идеальным концентратором напряжений.В настоящее время широкое распространение имеет так называемаялинейная механика разрушения, которая исследуетполя напряженийвдали от носика трещины, что приводит к максимально возможномуупрощению расчета.

Но наибольший интерес, на наш взгляд, представляютименно исследования процессов, происходящих у основания трещины, таккак именно в этой области происходит начало процесса разрушения изатем разделение тела на части. Подобными вопросами занимаетсянелинейная механика разрушения,уделяющаяосновное вниманиеструктуре материала, изобилующая сложными громоздкими формуламидля определения характеристик разрушения.Вопрос о разграничении двух подходов носит принципиальныйхарактер,поэтомудискуссияограницахпримененияЛМРицелесообразности перехода к НЛМР ведется на протяжении последнихдесятилетий.

Так, например, в 1965 году Г.Си теоретически определилнапряжения и деформации окрестности трещины для ортотропногоматериала раздельно для каждой из моделей трещин. [93]. Он сделалвывододопустимостиприменения методовлинейноймеханикиразрушения для определения коэффициентов интенсивности напряжений иинтенсивности освобождения энергии для ортотропных материалов.В 1978 году Ф.Смит и ДЛеней, исследуя трещиностойкость балок,склеенных из хвойной древесины, подтвердили, что методы ЛМРприемлемы для описания разрушения древесины. [144].В 1990-ых годах М.М.Гаппоев [23] и Т.