Механическая прочность древесины, страница 2

Известно, что по внутреннему строению древесина хвойных пород12имеет существенные отличия от лиственных, наличие и промышленноеиспользование в стране хвойных деревьев преобладает, поэтому в работебыло решено использовать древесину сосны, как наиболее актуальныйматериал для исследований.Вопрос актуальности работы по прочности и разрушению древесинынельзя рассматривать отдельно от современных проблем прочностиконструкционных, анизотропных и композитных материалов, которыеиспользуются человечеством.Актуальность работы заключается в том, что изучение древесины,помимо чисто научных интересов расширяющее общее представление опрочности твердых тел с анизотропной внутренней структурой, имеет ещеи важное практическое значение.

Знания о дереве можно переносить намногие похожие по структуре материалы, особенно композитные с ярковыраженной анизотропией свойств.Создание точной теории прочности в настоящее время рыночныхотношений имеет как никогда высокую значимость. Экономия материалови денежных средств путем увеличения эффективности их использованияпозволит открыть новые области применения древесины и другихматериалов подобного класса, привлечь капитал в развитие, например,деревообрабатывающей отрасли в нашей стране.Исследованияинженерномделепрочности могут(конструкции ибытьполезны не толькосооружения),ноитакжеввдеревообработке, - отрасли, в которой у нас заметное отставание отразвитых стран.Вкачествеиллюстрациисказанногоприведемследующуюдиаграмму, показывающую распределение мировых лесных ресурсов(рис.

1.3).13800700600500400300200!-100щжцк к соIU,D.B,G fl.в aa.qq О<I IU f BSHIsQ. В £ОLQ?Рис. 1.3I со I к i к 1 я I х I к II2sssс; <о ф| I § | О£IО о о в5 °- 2SXФXt <°I §Xосsоса5. с К Xx =r о X >.о Ф v 3 йК Э <1580% всех мировых ресурсов лесаКак видно из диаграммы, Россия занимает твердое первое место. Ноподавляющее большинство российского леса экспортируется в другиестраны в первозданном состоянии. В результате лесныересурсыстремительно сокращаются, а бюджет страны не получает тех средств,которые мы теряем из-за отсутствия технологий деревообработки ивозможностей их внедрения.

По экспорту чистого леса с нами сравнималишь Бразилия, а развитые страны, такие как Канада, США, Финляндия иКитай, мы опережаем по данному показателю в десятки раз. Но та жеФинляндия имеет в десятки раз больше заводов по производству клееныхдеревянных конструкций, чем Россия.Современная теория прочности должна учитыватьне толькомеханические свойства тех или иных материалов, но и работать дляпредотвращения разрушения конструкций или их элементов, а также быть14пригодной для создания направленного управляемого разрушения —разделения тела на части, дробление, измельчение материалов и т.п.

[129].Создание теории прочности древесины, даже обособленно от другихматериалов, "невозможно осуществить в рамках одного исследования.Последние попытки таких работ предпринимались в шестидесятые годыпрошлого века (о чем подробнее будет сказано в обзорной главе). С техпор накоплено много новых знаний о прочности твердых тел, появилосьсовременное испытательное оборудование, позволившее расширить кругзадач, поставленных исследователем.За основу в представленной работе взяты постулаты так называемойсинтетической теории прочности, которая создавалась, опираясь наисследования таких теоретиков и экспериментаторов как Треска, СенВенан, Лоде, Надаи, Христианович, Шемякин и др.

[7, 68, 70, 91, 92, 122,128, 129, 130, 141].Вкачествеиспытательногооборудованияприменялсямногофункциональный пресс Instron, изготовленный в 2000 году вВеликобритании1.Сочетание теоретических основ и испытательного оборудования,безусловное влияние на автора трудов перечисленных выше ученых, атакжепостоянноевзаимодействиеснаучнымконсультантомируководителем по аспирантуре академиком Шемякиным Е.И. привело косознанию широкого круга задач, решение которых вносит вклад нетолько в знания о прочности древесины, но и в развитие представлений опрочности твердых тел в целом.К сожалению, не все задачи были решены, что связано, в первуюочередь, с трудностями в подготовке и проведении эксперимента.

Однакоосознание факта незавершенности исследований, постоянное появление1Certificate №2632-055, serial No: 36, Readout device DK38, P31637, Date 03/07/1999, calibration setting2.0171. Verifiable to BS EN 10002-4, 1995, ASTM E83 and ISO 9513 when used with Instron machines.Instron certifies to National Physical Laboratory. Registered in England.15новых идей в результате обмена мнениями о полученных результатах наконференциях, семинарах и т.п.

стимулирует к продолжению научнойдеятельности в выбранном направлении.Выделим круг поставленных задач, которые были решены в ходеработы.1. Определениепрочности и изучениеособенностейповедениядревесины под нагрузкой при жестком режиме нагружения.2. Проверка применимости критериев синтетической теории прочностик сложному анизотропному материалу, которым является древесина;3. Наблюдение за разрушением анизотропного материала при жесткомрежиме нагружения;4.

Построение полной диаграммы «напряжение - деформации» сучетом нисходящей ветви при сжатии и изгибе;5. Определение упругих постоянных при жестком режиме нагружения.6. Учетмасштабногофактораприопределениимеханическиххарактеристик.7. Применение положенийсинтетическойтеориипрочностикдревесине;8. Созданиесовременнойметодикипроведенияиспытанийнапрочность древесины;9. Обобщение существующих знаний о механической прочностидревесины.Главной отличительной характеристикой представленной работыявляется использование современного испытательного оборудования иприменение длядревесинытакназываемого«жесткого»режиманагружения, когда воздействие на материал идет путем приращенияперемещений захватов пресса.

Подобный тип нагружениявпервые16позволил получить полную диаграмму «нагрузка — деформации» длядеревянного образца при сжатии и изгибе.При решении поставленных задач использовались работы следующихвыдающихся ученых, как в области механики твердого тела - Сен-ВенанаБ. [91, 92], Тимошенко С П . [98, 99], Надаи А. [68], Шемякина Е.И. [70,122, 127-131], так и в древесиноведении - Иванова Ю.М.[34-42], ВанинаСИ. [21], Знаменского Е.М.

[31], ХухрянскогоП.Н. [123], и др. Крометого, вся работа и сделанные выводы опирались на исследования другихматериалов, например, эквивалентных (Шемякин Е.И., Ревуженко А.Ф.,Бобряков А.П. [15, 16, 50, 51, 84, 85]), горных пород (Протодьяконов М.М.,Чирков С Е . [80]), композитных материалов (сборник под ред. ИшлиискогоАЛО. и Черного Г.Г. [44]), а также на общие работы по прочности иразрушению твердых тел [32, 43, 45, 60], в частности, посвященныеработам по симметрии в твердых телах (Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П.и др. [47, 94]).

Для математического описания упругих свойств древесиныиспользовались работы Лява А. и Лехницкого С.Г. [58, 59].Из поставленных задач вытекает научная новизна исследования,которая заключается в наблюдении за процессами деформирования иразрушения древесины при жестком режиме нагружения.- для сплошных деревянных образцов жесткий режим нагружения былприменен впервые;- впервые была получена полная диаграмма «нагрузка — деформации» присжатии и изгибе различно ориентированных деревянных образцов;- впервые в деревянном образце удалось наблюдать возникновение линийскольжения и разрушение при их развитии;- экспериментально была доказана применимость к древесине положенийсинтетической теории прочности;впервые упругие постоянные древесины находились при жесткомрежиме нагружения, на образцах, взятых с учетом масштабного фактора,17чтопозволилообнаружитьразличиев симметричныхконстантахупругости;- было показано влияние масштабного фактора на прочность, чтоигнорировалось исследователями на протяжении последних десятилетий;- учитывая масштабный фактор, а также очевидные преимуществажесткого режима нагружения перед нагружением по приращению усилия,даны рекомендации по испытаниям деревянных образцов на сжатие иизгиб.Кроме того, в первом приближении удалось оценить влияниекасательного напряжения на прочность при изгибе в цельном образце и вобразце с искусственной трещиной.Личныйзаключаетсявкладвавторасамостоятельнойврешениеразработкепоставленныхметодикизадачпроведенияэкспериментов, подготовке материалов и оборудования, наблюдении заопытами и анализ всех полученных результатов.Вся работа, как теоретическая, так и экспериментальная части, былавыполнена самостоятельно при постоянном наблюдении со сторонынаучного консультанта академика Шемякина Е.И.Неоценимая помощь при подготовке и проведении экспериментабыла оказана автору Институтом Горного дела в г.

Новосибирске и личноРевуженко А.Ф., Жигалкиным В.М., Бабичевым А.В.Практическаязначимостьисследованиязаключаетсявсущественном пополнении знаний о прочности и разрушении древесины,как анизотропного материала со сложной внутреннейструктурой,разработке современной методики подготовки и проведения эксперимента,получении представлений об остаточной прочности древесины при сжатиии изгибе (нисходящая ветвь на диаграмме «нагрузка - деформация»),определении влияния масштабного фактора на прочность деревянных18образцов и конструкций, решении ряда задач о прочности деревянныхобразцов с трещиной, определении упругих постоянных древесины и др.Основныеположенияпредставленнойдиссертацииактивнообсуждались' на семинарах и конференциях по механике твердого тела,древесиноведению, строительным конструкциям и материалам, а также вразличных научных коллективах и организациях, с которыми сотрудничалавторвпроцессепостановкизадач,подготовкиипроведенияэксперимента, а также обработки полученных данных.Разрушение древесины по площадкам скольжения и демонстрацияполученных образцов, как правило, вызывали оживленные дискуссии всамых разнообразных научных кругах, в том числе на:- 39-ой Научной конференции в г.