Механическая прочность древесины (1100342), страница 27
Текст из файла (страница 27)
За ним начинаетсяупрочнение нарушенной структуры межволоконного пространства в древесине,обозначенное вторым участком. Таким образом, на втором участке смятиеначинает играть все меньшую роль в поведении образца и в точке, близкой кзавершению упругого участка работы, стремится к нулю.Очевидно, что крайне затруднительно определить истинные деформации(например, прогиб) образца из-за вдавливания нагружающего щшиндра в егоповерхность, а также смятия на опорах. Деформация оказывается существеннозавышенной величиной. По самым приближенным оценкам, перемещение,209приходящееся на смятие, составляет около 60% от общего сокращениярасстояния межу захватами пресса.
Практически весь первый участок надиаграмме состоит из деформаций смятия, и лишь после характерного изломаначинается прогиб самого образца под действием нагрузки, так как длядревесины характерно упрочнение смятых поверхностей.Цифрой 2 на диаграмме обозначен упругий участок. Прямой линиейпоказана приблизительная конфигурация упругих деформаций без учетасмятия.Третий участок диаграммы, составляющий 7-10% от максимальногонапряжения, характеризуется началом заметных необратимых деформаций.Затем, при достижении нагрузкой значений, близких к максимальным,происходит появление первых признаков разрушения — поперечных трещин.
Итолько при наибольшей нагрузке появляется большая магистральная трещина,которая начинает стремительное развитие при падающей нагрузке.Нисходящая ветвь (участок 4) представляет также несомненный интересдля исследования процесса разрушения и остаточной прочности древесины,однако на первом этапе проведем анализ полученных результатов с точкизрения поставленной задачи — определения влияния масштабного фактора напрочность при изгибе, а в последующих разделах представим все другиерезультаты и размышления, которые получились в первой серии испытаний.Как уже указывалось, в большинстве испытаний задавалось критическоеперемещение, необходимое для разрушения образца, и лишь в отдельныхслучаях, максимальная нагрузка, с целью получения представления омгновенном разрушении и проверки корректности эксперимента.Первые трещины начинали появляться по центру образца при нагрузкеоколо 1\3от максимальной. Напомним, что нагружениеперпендикулярноволокнам,иможнобыловизуальнопроводилосьнаблюдатьраспространение магастральной трещины по образцу.
Первая трещинадостаточно легко и быстро, практически сразу с момента своего возникновения,210доходит до ближайшего раздела сред между ранней (более светлой) и поздней(темной) древесиной.В качестве поясняющего примера возьмем образец, сечением 5x5 см , скритической нагрузкой около 1350 кг (рис. 7.2).Первая трещина у такого образца возникает при 550 кг. При увеличениинагрузки до 700 кг от носика первой трещины вдоль слоя поздней древесиныначинают распространяться горизонтальные трещины.
При дальнейшемнагружении слышно легкое потрескивание и затем резкое страгиваниетрещины, котороепоказываетсянадиаграмме«нагрузка-перемещениепресса»скачком. Такая трещина резко доходит до следующегоразделения слоев, и затем, при дальнейшем увеличении нагрузки, начинаетраспространяться глубже по образцу, по ломаной линии, очевидно, находяболее слабые места в поздней древесине при движении вдоль более плотногослоя.Таким образом, поздняя древесина тормозит распространение трещинывглубь образца.В редких случаях разрушающая трещина проходит вдоль позднего слоя,что связано, как правило, с дефектами структуры образца.Если наблюдать за поведением образца снизу, то можно увидетьрастрескивание образца и расхождение двух его частей относительно другдруга по ломаной линии с образованием пустот.
Вид разрушения напоминаетконструкцию «зубчатый шип», пустоты располагаются на разном расстоянии отоси симметрии образца, однако их величина сохраняется приблизительноодинаковой для любого годового слоя.Причем, что интересно, обе части образца как бы поворачиваются вокругшарнира, расположенного где-то внутри образца, и если после разрушения(завершения нисходящей ветви на диаграмме) приложить усилие, то обе частиобразца можно соединить между собой, причем все пустоты «залечиваются», иобразец выглядит практически целым, так же как до разрушения.211Типичные диаграммы «нагрузка - перемещение» для образцов различногосечения представлены на рис.
7.2.7.1.2. Определение прочности образца.За прочность при изгибе принималась способность образца выдерживатьмаксимальнуюнагрузкупризаданныхтемпературно-влажностныххарактеристиках.Характеристикойнапряжение а х .прочностиявляетсямаксимальноенормальноеОно определяется по известной формуле теории упругости,при предположении, что вплоть до разрушения в образце не появляетсянеобратимых деформаций.Указанная формула для образца единичной толщины имеет следующийвид [99]:ЪР(1ЗдесьсЛР,71ЧР — максимальная нагрузка, которая берется из таблицы нагруження, дообразования магистральной трещины в образце, с — расстояние от грани образца до оси х, 1 —рабочая длина образца, у — расстояние от грани образца до нейтральной линии.В сосновом образце модуль упругости при сжатии приблизительно равенмодулю упругости при растяжении, поэтому можно принять, что нейтральнаялиния проходит посередине образца, совпадая с осью х.
Таким образом, с=у.Подставляя в формулу (7.1) полученные экспериментальным путем значения, иучитываяразмерыкаждойгруппыобразцов,получаеммаксимальноенормальное напряжение для каждого образца.Отбрасывая по одному максимальному и минимальному значению изкаждой группы, подсчитываем среднее арифметическое значение напряжения,которое принимаем за предел прочности сосны при изгибе.Все подсчеты были тщательно записаны в таблицы, которые представленыв приложениях.-3000-3000 КГ5x5-2500-2000-2000-1500-1500/-1000^4x4-2500t^-50090080^^706050!403020,,jXмл>8070605040302010Рис. 7.2 Диаграммы «нагрузка - перемещение пресса» для образцов различныхсечений при изгибеГо2137.13.
Зависимость предела прочности от объемного веса древесины приизгибе.Как известно, прочность древесины имеет прямую зависимость отобъемного веса.Уравнение зависимости для сосны выглядит следующим образом:В12=1250уп-227(7.2)при влажности 12%.Объемный вес является вторым по значимости после влажностифактором, влияющим на прочность. Он учитывает (хотя и не в прямойзависимости) количество поздней древесины, место произрастания дерева, атакже где образец находился в стволе.Поэтому перед проведением испытаний каждый образец тщательновзвешивался и обмеривался, и затем производился подсчет объемного веса.Объемный вес всех образцов колебался от 0,43 до 0,52 г\смпривлажности от 12 до 15%.В целом экспериментально подтвердилось, что прочность тем выше, чембольше объемный вес.Данный вывод оказал существенную помощь при получении основногорезультатаэксперимента — определениязависимостимеждуобъемомдревесины и прочностью.7.1.4.
Влияние масштабного фактора на прочность при изгибе.Все полученные данные сводились в таблицы, стандартный вид которыхприведен в приложении для образцов различных размеров.По формуле (7.1) подсчитывалось напряжение, и в завершении былпостроен график зависимости напряжения от размера образца, на которыйтакже наносилась средняя плотность для каждой серии испытаний.214Приэтомперваясериясоответствоваласечению7x7см,азаключительная, пятая, бралась по теоретическим значениям для стандартногообразца 2x2x30 см3 и длиной рабочей части 24 см.
(по Ванину СИ.)г/см ъкгс/сн56080013736652700540600520491а 549500500465400480489**"*<р(ук ЛЯП•объемный вес•прочность..:.481460-200440:--•10042017x7Рис. 7.3.2346x65x54x4сечение образца, см252x2*Зависимость предела прочности от поперечного сеченияобразца при изгибеВсе данные сведены в таблицу 7.2.Полученная кривая является важным и необходимым дополнением кисследованиям, проведенным Знаменским Е.М. [31] по влиянию размераобразца на прочность при изгибе и на объемный модуль упругости.По кривым «сг-е», полученным многими исследователями древесины приизгибе для различных пород (Белянкин Ф.П., Знаменский Е.М., Иванов Ю.М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
