Механическая прочность древесины (1100342), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Выборка геометрических характеристик образцов.При определении влияния масштабного факторана прочностьдревесины можно брать для испытаний бесконечное множество объемов,что являлось бы нецелесообразным с точки зрения экономии средств и186времени. Поэтому было принято решение опираться на известные работыСвеницкого Г.В.
[90] при сжатии и Знаменского Е.М. при изгибе [31].Обе работы были детально проанализированы в обзорной части (см.часть 3). " Согласно исследованиям Свеницкого Г.В., которым, однако,нельзя доверять полностью ввиду малого количества испытуемыхобъемов, Укр должно лежать в пределах от 270 до 370 см . Отсюда нашапредварительная выборка размеров выглядела так:Таблица 6.1.Предварительная выборка типоразмеров образцов взависимости от объема древесины.ГеометрическиеОбъем образцаОбщее рекомендуемоехарактеристики (мм)(см3)количество30x30x9081740x40x120192750x50x150375760x60x180648770x70x210102973Причем для стандартного образца 20x20x60 мм значение прочностибыло решено взять из существующих справочников.Согласно испытаниям Знаменского Е.М, минимальный объемобразца, после которого древесина принимает устойчивыймодельупругости, находится в диапазоне 1200 — 1800 см3.Принимая за основу рекомендации по современным испытаниям наизгиб древесины, отношение высоты балки к ее длине устанавливалосьравное 1\7-1\8.Чтобы на первом этапе упростить изготовление образцов, примемобразцы на изгиб квадратного сечения со следующими параметрами:187Таблица 6.2.Геометрические характеристики образцов и количество.ГеометрическиеОбъем образцаОбщее рекомендуемоехарактеристики (мм)(см 3 )количество40x40x280448950x50x350875960x60x4001440970x70x50024509При подготовке испытаний на растяжение было решено взятьнесколько образцов произвольного сечения, чтобы попытаться надеревообрабатывающемоборудовании получить круглую и тонкуюрабочую часть.
Специальной выборки по сечениям для испытаний нарастяжение не проводилось.6.53. Распиловка брусьев на образцы.Главная трудность изготовления образцов из брусьев одинаковогосечения заключается в постоянной перенастройке режущего оборудования,что существенно увеличивает трудоемкость и стоимость работ.
Посколькуне имелось возможности своими силами не только обрабатывать брусья,но и получать требуемую точность, пришлось обращаться за помощью надеревообрабатывающее производство.В целях снижения трудоемкости и стоимости на первом этапеиспытаний помимо определения «удобных» размеров пришлось принять188такое положение, что из каждого бруса можно вырезать образцы толькоодного поперечного сечения и любой длины. Это привело к увеличениюколичества некоторых типоразмеров, что учитывалось при изготовлениибрусьев.По предварительному расчету общая длина брусьев должна быласоставлять (с учетом допусков на обработку) 30 метров. Мы же изготовили42 метра бруса, справедливо предполагая, что часть образцов отбракуетсяиз-за наличия сучков и прочих дефектов строения древесины, некоторыеучастки брусьев растрескаются, и плюс к этому, необходимо иметь лишниеобразцы для измерения влажности и некоторых пробных калибровочныхиспытаний.Технологически оказалось, что из одного бруса 8x8 см 2 можноизготовить 4 бруса для образцов сечением 3x3 см 2 .
Посчитав, что такоеколичество маленьких образцов неоправданно увеличит время проведенияиспытаний, было принято решение ограничиться двумя брусьями 3x3 см 2 .Таким образом, с учетом вышеизложенного, суммарная таблицаобразцов всех размеров и для всех предполагаемых способов нагруженияприобрела следующий вид (таблица 6.3):Брусья выстрагивали до нужных размеров и затем распиливали наобразцы с точностью до 0,5 мм.
Поперечная распиловкабрусьевпроводилась так, что брус подавался поступательно к пиле, причемсначала у каждого бруса отпиливался торец приблизительно на 5 —7 см.Затемпо заданной длинеопределялсяобразец, который тутженумеровался по вышеприведенному способу. Если на необходимую длинупопадал серьезный дефект строения, например сучок или легко заметноеискривление или неправильное утолщение волокон, то такой участок189Таблица 6.3.Спецификация изготовления деревянных образцов.ТребуемыеКоличествоПоперечнаяПолучаемоеВсегоразмерыбрусьевраспиловка,количество(послеммобразцоввыбраковки)70x70x50061070x70x500670x70x500670x70x21014760x60x4007760x60x400760x60x180161250x50x35081050x50x350850x50x15020940x40x280101140x40x2801040x40x120251130x30x906615поперечногосечения, мм70x7060x6050x5040x4030x3043331отбраковывался, а нумерация продолжалась со следующего пригодногообразца.Таким образом, большинство брусьев оказывались почти полностьюпригодными для изготовления образцов, а из некоторых получалось толькодва образца заданного размера.190Наибольшая трудностьвстретилась привыпиливании самыхкрупных образцов длиной 500 мм.
Для их изготовления были отобранысамые ровные и цельные брусья, но, несмотря на это, вместо желаемых 18образцов под пресс удалось положить лишь восемь.Послераспиловкивсеполученныеобразцысложиливиспытательном цехе, каждый тщательно обмерили и взвесили, и затемоставили досушиваться до 13-15%-ой влажности.Учитывая, что более толстые образцы сохнут медленнее, испытанияначались с малых образцов, каждый из которых перед установкой на прессподвергался все тем же измерениям веса и обмерам. Для определениявлажности из каждой партии для каждого дерева выбирался наугад одинобразец, вкоторый внедрялсявлагомер.Затемданныйотправлялся в отходы, так как отверстия, сделанныеобразецвлагомером,создавали нежелательные концентраторы напряжений.Не допускались к испытаниям образцы с искривлением волоконболее чем на 15°, с видимыми пороками строения, а также отбраковаласьцелая серия, пораженная плесенью.Все испытания проводились на прессе Seven Furnaces Limited SF868E(копия сертификата представлена в приложении), произведенном вВеликобритании в 2000 году (рис.
6.3). Данная модель пресса имеетширочайший спектр возможностей для измерений прочностных качествлюбых материалов. Непосредственно с захватов на компьютер передаютсяследующие характеристики процесса нагружения:- нагрузка в килограммах или в килоньютонах с точностью до 0,001грамма;- перемещение захвата с точностью до 0,0001 мм.- время нагружения;191- блоки нагружения, в каждом из которых можно задавать любыепараметры, в том числе форму волны нагружения, от прямой допериодической синусоиды.Вкаждыйновый рабочийденьпередначаломиспытанийпроводилась обязательная автоматическая калибровка пресса.Было возможно наблюдать за процессами, происходящими в образце,на мониторе компьютера непосредственно в процессе нагружения, по ходуиспытаний вносить корректировки в скорость нагружения, выбиратьрежимыциклическогонагружениясцельювыявитьостаточныедеформации и тд.Скорость нагружения выбиралась в соответствии с видом испытанийи максимальными деформациями образца от нулевой нагрузки доразрушения.
Сначала в каждой серии испытаний тестировался пробныйобразец, и только с учетом полученных характеристшс программноеобеспечение настраивалось на основные образцы.Общая скорость нагружения принималась не более 2 мм\мин, причемна отдельных образцах мы сознательно изменяли скорость в ту или другуюсторонуотосновногозначения,чтобыопределитьрасхождения в результатах. Однако, в диапазоне от 0,1 довозможные5 мм\минсущественных расхождений в форме получаемых кривых, в достиженияхкритических значений нагрузок и деформаций обнаружено не было, всвязи с чем, скорость в 2 мм\мин приняли за основную.Данное испытательное оборудование позволяло нам принимать закритические параметры, как прилагаемое усилие, так и перемещение. Вовтором случае пресс реализовывал принцип жесткой машины.
На тестовомобразце замерялись перемещения с учетом ниспадающей ветви диаграммы«напряжение-деформация», затем задавалосьвремя до разрушения.Деление двух этих величин давало нам шаг нагружения по деформациям.193Подавляющее большинство образцов испытывалось по перемещениям, илишь отдельные образцы, для проверки достоверностиполученныхрезультатов — по максимальной нагрузке.Все полученные данные записывались на жесткий диск компьютера,после чего создавалась резервная копия на внешнем носителе.Затем с использованием Microsoft Excelстроились графики длякаждого образца по снятым с пресса данным, и по построенным графикамопределялись деформации, которые претерпел образец в ходе испытаний.Критическая нагрузка заносилась в журнал испытаний из таблицыполученного файла.6.5.4. Дополнительные виды испытаний, проведенные параллельно сиспытаниями на сжатие, изгиб и растяжение.Кроме запланированных сжатия и изгиба, уже в ходе эксперимента,было решено провести некоторые дополнительные испытания с цельюболее глубокого понимания процессов, происходящих в древесине принагружении.Были отобраны несколько балок для испытаний на изгиб, чтобысделать в них надрезы (подобно таким, о которых уже упоминалось вразделе 4), и проверить значения поверхностной энергии, полученныеранее, но уже для другой, более важной ориентации трещины, а именнопоперек волокон.
Представленный эксперимент имеет неоспоримыедостоинствапо сравнению со всеми предыдущими. Так как балки,испытуемые на изгиб, вырезались вдоль волокон, а не поперек, как этобыло во всех без исключения известных экспериментах с древесиной,194трещина будет идти не в межволоконном пространстве, а как бы разрываяестественно создашгую композитную структуру.Кроме того, в нескольких балках сделано сознательное отступлениеот другого общепринятого положения - создавать трещину по нижнейграни образца, изготовив ее точно по нейтральному слою, на 1\5 длиныобразца, вдоль волокон, чтобы определить степень влияния касательногонапряжения на разрушение древесины при изгибе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
