Механическая прочность древесины (1100342), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Но нельзя забывать, что приоценке конструкционных качеств древесины нельзя переносить данные,полученные на малых образцах, на реальные конструкции. А подобноенепониманиеповсеместно.разницыпоследниепятьдесятлетможноувидеть164Можно также предположить, что образец 20x20 мм2, содержащийнесколько десятков тысяч разноразмерных макромолекул целлюлозы,также не может дать точное представление о действии нагрузок намикроструктурудревесины.Всоответствиис[96]к элементаммикроструктуры относят структуры, имеющие размер менее 0,1 мм.
Так,например, трахеиды, сосуды, волокна либриформа имеют размеры от 0,001до 0,1 мм. Макромолекулы целлюлозы, объединяясь в пучки, образуютэлементарные фибриллы, в составе которых насчитывается до 30-40молекул целлюлозы. Поперечные размеры элементарной фибриллы поданных разных авторов лежат в довольно широких пределах, от 3,5 до 15нм.Не будем подробно останавливаться на микроструктуре древесины,так как этот вопрос не является целью исследования. Отметим лишь, чтонаименьший объем древесины, рассматриваемый на данном уровне,должен быть больше 1 мм .
Если сравнивать с данным объемом образец сразмерами 20x20x20 мм3, т.е. с объемом 8000 мм3, то закрадываютсясомнения, способен ли такой огромный образец показать особенностиразвития деформаций, вплоть до разрушения, на микроуровне. Какуказывается в недавней работеСапожникова И.В.[88], наибольшийинтерес для изучения микропроцессов в древесине представляют размерыот 0,1 до100 нм. Там же можно найти подробное описаниемикроструктуры согласно современным представлениям.Резюмируяповсеместносказанное, можномалыеобразцысделатьсовершенновывод, чтоуничтожаютпринятыеосновнуюприродную идею при создании ствола дерева — наличие волокон, стянутыхгодовыми кольцами в пучки, не дают ответа на вопросы как о поведениидревесины в целом, так и об ее микроструктурных изменениях принагружении.
Данный размер образцов занимает промежуточное положение165междуреальнымиконструкциямииобразцамидляизучениямикроструктуры.В последние годы в России не проводилосьсколько-нибудьсущественных стандартных испытаний, дающих полное представление опрочностных свойствах древесины. Однако, потребностьновыхсложныхсооружений(восновном, несущихв созданииконструкцийперекрытий), в сочетании с несовершенствами систем расчета, заставилапроводить испытания прочности на уменьшенных копиях реальныхконструкций. Подобный метод имеет ряд неоспоримых преимуществ,главноеизкоторых— наглядноевидениепроцессанагружения,деформирования и разрушения точной копии реальной конструкции. Новысокаятрудоемкостьиматериалоемкостьпроведениятакогоэксперимента приводит к высоким затратам, и оправдана лишь дляединичных уникальных объектов.Автор принимал участие при испытании уменьшенной копии клеенойбалки пролетом 60 метров и изложил краткие наблюдения в [105].Экспериментрасчетныхподтвердилхарактеристикосновныемалыхпредположенияобразцовнесоответствияреальнойконструкции.Существенное расхождение между полученными опытным путем ирасчетнымивеличинамипрочностидалиповодзадуматьсяобусовершенствовании методики расчета на основании новых подходов кпостроению теории прочности древесины.Для определения расчетных характеристик разумно предложитьобразцы большого поперечного сечения, соответствующие выбраннойсистеме координат и особенностям строения древесины.1666.2.Постановка задачи.В ходе проведения эксперимента предполагалось решить основнуюзадачу: провести наблюдение за разрушением древесины при «жестком»режиме нагружения, определив возможность применения к древесинесинтетической теории прочности, и затем найти упругие постоянные дляиспользования в инвариантах синтетической теории.Помимо основной задачи существовала масса вопросов, носящихчисто научный интерес.Во-первых, насколько известно автору, до настоящего времени непроводилось масштабных испытаний древесины на «жестких» машинах, заисключением нескольких работ по механике разрушения, в которыхиспользовались образцы с трещиной.
Было любопытно понаблюдать заразличиями в поведении деревянного образца при традиционных методахнагружения и при нагружении по деформациям.Во-вторых, учитывая характер и направленность предыдущих работавтора, предполагалось восполнить некоторые пробелы в исследованияхобразцов с трещиной.В-третьих, хотелось внести свой вклад в разработку современнойметодики проведения эксперимента с учетом современных знаний и новыхвозможностей оборудования, как испытательного, так и обрабатывающегоданные.Забегая вперед, отметим, что все поставленные задачи удалосьуспешно решить, однако в ходе эксперимента появились существенныетрудности,окоторыхбудетнебезынтересноузнатьбудущимэкспериментаторам.Основной пршщип, на которомстроилсявесь эксперимент,заключался в первоочередном стремлении решить основную задачу. Все167остальные результаты, какую бы значимость они не имели, были полученыпо ходу исследования, а также при анализе и обработки данных.Цель этой главы, которая также является одним из результатовпроведенной работы — провести подробное описание подготовки и ходаэксперимента, чтобы в будущем исследователи не повторяли совершенныхошибок, а брали на вооружение те методы, которые оказались весьмауспешными.6.3.Проблемы, стоящие на пути к решению основной задачи.Как удалось выяснить, и это видно из подробногосовременныхдостиженийвисследованиипрочностиобзорадревесины,общепринятая методика проведения испытаний не соответствовала нашимпредставлениямоб истинныхмеханическихсвойствахдревесины.Главным фактором, вызывающим недоумение, стал «малый чистыйобразец»,который, согласносовременнымданным, не содержитинформацию как о поведении макроструктуры при нагружении, так и оданных по микроструктуре.
В таком объеме древесины содержитсяслишком много микроэлементов (например, молекул целлюлозы), ноодновременно ограниченное количество макроэлементов (годовых колец,волокон, ранней и поздней древесины, и т.п.). Малый образец занимаетпромежуточное положение в количестве структурных составляющих, и,по-видимому, в дальнейшем целесообразно отходить от устаревшихстандартов.В обширной литературе достаточно редко можно найти подробноеописание эксперимента, экспериментаторыпредпочитаютподробноостанавливаться лишь на результатах исследований, упоминая вскользь ометодике.168Обладая обрывочными данными по вопросу влияния размера образцана прочность, было целесообразно разделить проведение эксперимента надве составляющих:- вспо'могателыгую, в которой будет определен оптимальный образец;- основную, где, собственно, и будут найдены упругие постоянные ипроанализирован процесс разрушения древесины.Втораяпотенциальнаяпроблемазаключаласьвпроведениииспытаний на растяжение.
Если предположить, что придется остановитьсяна стандартном образце с рабочей частью диаметром 3 мм, то такоепредположение вступало в противоречие с убеждениями об истинностипоказаний малых образцов. Предполагалось, что на современном прессеInstron удастся испытать более крупное сечение, но было решеноперестраховаться и выбрать такую породу древесины, у которой модульупругости при сжатии приближенно равен модулю упругости прирастяжении.Другие проблемы не имеют чисто научного интереса, так как связаныс вопросами состояния материальной базы институтов.Трудностивозникали, начиная с выбора дерева, поездки на место добычи, изаканчиваяточностьюдеревообрабатывающегооборудованияприраспиловке кряжей на образцы.Поиски партнеров затруднялись чрезвычайно малым, относительнопромышленных заказов, объемом древесины, и достаточно высокимитребованиями к точности изготовления и качеству древесины.Однако, данные околонаучные вопросы были успешно и навысококачественном уровне решены, за что хотелось бы выразитьблагодарность лаборатории Института горного дела в г.
Новосибирске илично Бабичеву Алексею за неоценимую помощь в подготовке ипроведении эксперимента.1696.4.Предварительные сведения для обеих серии эксперимента.6.4.1. Выбор породы древесины для проведения испытаний.Первоначально планировалось провести две серии испытаний: одну налиственнойпороде,другую-нахвойной.Однакоприподготовительных работах помимо трудоемкости, на первый план вышлавысокая стоимость проведения эксперимента, из-за чего пришлосьостановиться на одной породе, оставив более широкое поле длядеятельности будущим экспериментаторам.В качестве основной породы1 была принята сосна.
Обоснованиемтакого решения послужили следующие факторы: сосна — одна из наиболеераспространенных в промышленности пород, площадь запасов сосны натерритории нашей страны составляет 20% всех запасов древесины.Сосна обыкновенная2 — ядровая порода. Ядро в свежесрубленномсостоянии практически не отличается от заболони, но затем сильнотемнеет. Заболонь желтовато-белого цвета, ядро розоватое, красноватоеили буровато-красное.Годичные слои хорошо видны на всех разрезах. Ранняя частьгодичного слоя светлого оттенка, поздняя — более темной окраски.Переход от ранней к поздней части резкий. Сердцевидные лучи не видныни на одном из разрезов.Смоляные ходы сосредоточены главным образом в поздней частислоя и на поперечном разрезе хорошо видны в виде светлых точек.Годичные слои резко заметны благодаря разнице в строении ранних(тонкостенных) и поздних (толстостенных) трахеид. Сердцевидные лучина тангентальном разрезе двух видов: однорядные и многорядные.Здесь и далее будем говорить только о первой части испытаний, посвященной выбору размеровобразца.2Описание по Ванину СИ.170По своим техническим свойствам, доступности обработки режущимиинструментами и малому объемному весу древесина сосны являетсяосновной в строительстве, в производстве деревянных труб, судостроении,столярно-мебельномпроизводстве.Употребляетсяна столбы длявоздушных линий связи и на столбы для передачи токов высокогонапряжения, а также на шпалы, рудничные стойки и мачты.Кроме того, сосновая древесина применяется в ящичном и бочарномпроизводствах и в виде топлива, а также используется в качестве сырья дляцеллюлозно-бумажной промышленности и фанерного производства.Практическая ценность выбора именно сосны заключается вравенстве модуля упругости при растяжении и при сжатии, что позволяетстроить диаграмму «напряжение-деформация» с одинаковым угломнаклона кривой к осям координат при сжатии и растяжении.К тому же под Новосибирском существуют огромные площади подобыче сосны, что существенно облегчило поиск подходящих деревьев.6.4.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
