Механическая прочность древесины (1100342), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Третийинвариант - параметр Лоде-Надаи, описывающий не только вид напряженногосостояния и влияние второго главного напряжения, но и вид наклонныхплощадок, по которым происходит скольжение2.Таким образом, набор инвариантов имеет наглядный физический смысл —скольжение и сопротивление скольжению на определенной паре наклонныхплощадках, где параметр Лоде указывает их вид.2Так как возможна различная ориентация площадок относительно действия нормальных напряжений.156Данные инварианты являются необходимым и достаточным условием дляописания произвольного напряженно-деформируемого состояния твердоготела.5.53.
Дальнейшее развитие синтетической теории прочностиПредположение, чтоp.=vвысказанное Лоде на основании собственных экспериментов и представленноена рис. 190в книге Надаи [68], стало поводом для острых дискуссий впоследние десятилетия.Надаи считал, что экспериментальные точки удовлетворительно ложатсяна прямую линию, ссылаясь на опыты Тэйлора и Квини, проведенные в 1931году, и объясняя некоторый разброс данных несовершенством эксперимента.Однако, как подчеркивали сами Тэйлор и Квини [148] , большое отклонениеэкспериментальных точек от прямой при простом растяжении было вызванолибоэкспериментальнойошибкой,либоанизотропностьютрубок.Экспериментально они попытались проверить заключение Лоде, предположив,что скорее повсюду имеет место неравенствои>иЭти эксперименты с алюминием, свинцом, медью, стеклом, кадмием,малоуглеродистой и безуглеродистой сталями (Белл, рис.4.56 [7]) позволилиполучить результаты, схожие с данными Лоде, и натолкнули Тэйлора и Квинина следующие выводы: опыты Лоде имели существенные недостатки, которыеto-**)5000атм4000 I- jb300020001000I2 345Относительное678S10%укорочениеРис.
181 из книги Надаи [68]. <5\ - осевое сжимающее напряжение;Qi- боковое гидростатическое давление. Представлена разность главныхнапряжений Oi-Ог в зависимости от осевого относительного сжатия, причемв каждом опыте боковое давление ог сохранялось постоянным.158/ •+OJB•+0,6•+0,4*\/ -+0,2Xiifa+•-o,zК»• • J. у ••-0,4<»1«»uX-0,6*-0,81f/-1,0 I -0,8-0,40+0,4+0,8 +1,0 p.Ф и г .
190. Значения н- и v. [68]~0,1 -- -o}z8*\УУеУ-0,3 -S/^Otlh./v /Jj--OJ--0,8—v^V^/y\/5, .,6ASAJ\4~ //V^ /A?... ,^-lf>^-3Г^rУуС/AA/*=v / A//JAP--0,9-1,0/*j(\2-0,4--0,6A^X8II-0,8•//A•uA-o,8• I\-0,6Г-0,4\ДЛЯ\rO,Z\^л» <5>7 IIIIII '.,0 p1-5Рис.4.56. Опьпы Тейлора и Квинни (1931) [5]. Экспериментальнь1е-результатыв форме диаграммы Лоде, показывающие сходство отклонения от линейностив зависимости ц-v с ранее наблюдавшимся Лоде; 1- алюминий, 2- медь, 3стекло, 4—свинец, 5—кадмий, 6—мягкая сталь, 7—обезуглероженная мягкаясталь.
Вдоль оси абсцисс отложены значения коэффициента Лоде ц. Вдольоси ординат—коэффициента v.159заключались в отсутствии определения изотропности трубчатых образцов, атакже в возможных ошибках при измерении диаметра трубок. Попытавшисьисключить ошибки при проведении эксперимента, Тэйлор и Квини, наблюдаяотсутствие совпадения опытных данных с теоретическими, пришли к выводу,что источником ошибок является анизотропия свойств в образцах.В начале 70-х годов в Институте горного дела г. Новосибирска былиначаты работы по моделированию процессов поведения эквивалентныхматериалов под нагрузкой. Первым этапом было создание «ящика» - приборадля осуществления однородного сдвига при жестком режиме нагружения. Приэтом наиболее важной задачей при проведении эксперимента было наблюдениеза нисходящей ветвью (запредельное поведение материала).Описание опыта подробно приводится у Шемякина Е.И.
и Ревуженко А.Ф.[84, 85]. В ходе испытаний было обнаружено:1. Существование нисходящей ветви и ее зависимость от масштаба опыта,появление блоков в изначально изотропном эквивалентном материале,проявление «проскальзывания» (перемещения) по берегам площадокскольжения;2. Несимметрия функционирования ожидаемых площадок с Т=т т а х и ихпроявления оказались связаны с появлением локальных поворотов. Вцелом проявилась новая ранее неизвестная возможность деформацийтвердого тела за пределом упругости: разделяться на регулярные блокитак, что эти блоки поворачиваются и образуют в новом состояниисплошное тело.Кроме того, были сделаны выводы, что равенство (и подобие тензоровнапряжений и деформаций)не имеет смысла нигде, кроме упругости.160После получения схожих моделей разрушения на различных материалах(мрамор, песчаник, сталь, бетон, эквивалентные материалы и т.д.) возникестественный вопрос: является ли подобное сопротивление разрушению общимдля твердых тел?Насколько критерий по максимальным касательнымнапряжениям применим к твердым телам в целом?Трудностьпроведения эксперимента на древесине заключаласьвотсутствии площадки текучести на диаграмме «напряжение - деформация», а,как известно, именно на площадках текучести экспериментаторы наблюдаливозникновение линий скольжения в металлах и сплавах.
Любое приращениенагрузки, о чем свидетельствовал профессор Иванов Ю.М. (см. раздел 3),приводило к мгновенному разрушению опытных образцов.Только благодаряпоявлению современных испытательных машин,способных задавать «жесткий» режим нагружения, удалосьобнаружитьпоявление и наблюдать за развитием линий скольжения в древесине. Главноепреимущество «жесткой» машины заключается в мгновенном сбросе нагрузкипосле максимума, из-за чего образец не разрушается мгновенно, как это бываетпри приращении по нагрузке.Проведенныевработеэкспериментыдополняютсведенияодеформировании и разрушении твердых тел. Если ранее в качестве опытныхматериалов выбирались металлы и сплавы, а также эквивалентные материалы,то здесь впервые в качестве исходной структуры было испытано ортотропноетвердое тело.
При этом результаты исследований не ограничиваются толькодревесиной, а могут успешно применяться к другим анизотропным средам,которыми являются горные породы, а также искусственные композитныематериалы.1616. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ.После описания основных современных результатов в областиисследования механической прочности древесины, целесообразно перейтик изложению поставленныхзадач, выбора методикиисказатьнепосредственно о проведении самого эксперимента.6.1.Содержание методики проведения эксперимента, а такжеосновные известные подходы к испытаниям по определениюпрочности древесины.Современная теория прочности древесины основана на анализеэкспериментальных данных. Чтобы записать соответствующее значениерасчетногосопротивления в главу СНиП [95] проводится серияиспытаний, состоящая из нескольких тысяч отдельных опытов, наосновании которых, с необходимыми поправками, выбирается расчетноезначение.При построении или проверке любой теории прочности выборобразца и создание методики испытаний играют решающую роль.При разработке методики испытания необходимо предусмотретьследующее [57]:- цели и задачи при проведении испытаний;-вид испытаний;162-получение достоверных данных;- количество образцов для каждого вида испытаний;- количество необходимого материала;- метод отбора материала и его маркировка;- размеры и место выреза образцов из лесоматериалов;- необходимое испытательное и измерительное оборудование;- способы обработки полученных результатов.Изменчивость свойств древесины по радиусу и высоте ствола, наличиепороков строения, размеры, расположение и степень влияния которых насвойства древесины различны, заставляют исследователей применятьразличные методики проведения испытаний.До 1950 года преобладали испытания образцов различных размеров иформы.К сожалению, отсутствие единых стандартов проведения испытаний,каких-либо разработанных рекомендаций, не позволяют на основанииданных тех лет проводить анализ механических свойств древесины.Первостепеннымфактором, которыйвлияетнапригодностьтехиспытаний, является, безусловно, несоблюдение единого температурновлажностного режима.
Как говорилось выше, влажность оказываетрешающее влияние на прочность древесины, а в трудах до 1950 года, вподавляющем большинстве, не описываются окружающие условия, прикоторых проводились испытания, а также характеристики испытуемойдревесины.В 1950 году вышли первые нормы проектирования деревянныхконструкций в СССР, в которых расчетные величины были составлены наосновании данных, полученных при испытаниях малых чистых образцов.В настоящее время наибольшее распространение получили малые образцысечением 20x20 мм2. Они широко применяются при испытаниях во всех163странах Европы, за исключением Англии, в которой, как и в США,приняты стандарты с образцами сечением 50x50 мм2.Первым и наиболее последовательным приверженцем испытанийдревесины на малых «чистых» образцах был, по-видимому, профессорИванов Ю.М.. Критикуя исследователей, которые испытывали крупныеобразцы или уменьшенные формы реальных конструкций, он отмечал, что«результатом данного подхода является недостаточное внимание кособенностяммеханическихсвойствдревесины,связанныхсвысокомолекулярным строением слагающих ее веществ...
Отсутствиеданных свидетельствовало лишь о том, что эти вопросы до сих порускользали из внимания исследователей. Такой пробел особенно бросаетсяв глаза в сравнении с успехами, достигнутыми в изучении строения исвойстввысокомолекулярныхсоединений. Вэтой областифактически возникла новая отрасль — физика инаукифизико-химиявысокополимеров. Одним из существенных разделов ее является учение обупругих свойствах полимеров, имеющих иной, отличный от обычныхтвердых тел, характер, обусловленный сложным строением и большимиразмерами молекул.
С точки зрения этих представлений следует подходитьк изучению механических свойств древесины».Безусловно, существует связь между свойствами древесины и еевысокомолекулярными составляющими. И только малые образцы, вкоторых отсутствует влияние пороков строения, кривизны годовых колец,и тп., что в сумме дает нам так называемый масштабный эффект, могутдать нам четкое представление о работе макромолекул древесины, лигнинаи прочих составляющих при нагрузках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
