Механическая прочность древесины (1100342), страница 28
Текст из файла (страница 28)
идр.) хорошо видно, что упругий участок диаграммы распространяетсяпрактически до величины максимальной нагрузки, а отклонение от упругогоучастка не превышает 10%..215Таблица 7.2. Испытания на сосредоточенный изгиб поперек волокон.СечениеКоличествоОбъемсреднееобразцаопытоврабочейОтахчастикгс/смсм25тРо%%13,94,6образца, см34x41144854976,34 25,335x51087549141,113,08,42,66x67144046545,217,19,73,77x76245045427,616,06,13,55 - среднее квадратичное отклонение; m — ошибка средней арифметической; Vj —коэффициент изменчивости; Р 0 — точность опыта.Примечание: Отношение 1/h для всех образцов приближенно принималось 8\1.Влажность находилась в пределах 12-15%. Образцы проходили тщательный отбор напредмет обнаружения различных дефектов структуры.Таким образом, предел упругости отличается от предела прочностинезначительно, что и учитывал в своих работах Знаменский Е.М.Позволим себе полностью привести здесь полученные им результаты,которые в сочетании с проведегшым экспериментом дают практическиисчерпывающуюкартину влияния масштабногофактора на прочностьдревесины при изгабе и определяют величину критического объема древесноговещества для определения прочности2 [31].Знаменский Е.М.
изготовил образцы из сосновой древесины сечением 1x122см, 2x2 см , 4,5x4,5 см в целях повышения достоверности сравнениярезультатов из одной доски с одинаковым процентом поздней древесины.Нагружение проводилось по двум схемам: консольной и сосредоточеннойнагрузкой по середине балки. Опыт проводился при различных значенияхдлины рабочей части образца к высоте (1/h). 1/h принималось равным для2Хотя для полноты картины необходимо провести исследования влияния масштабного фактора па прочностьлиственных пород, чтобы делать обобщение относительно всей древесины.216каждого сечения 8, 16, 24 и 50.
Усилие задавалось гирями до достижениянапряжения 50 кг\см .Результаты эксперимента приведены в таблице 7.3.Вывод,- который напрашивается, глядя на полученныерезультаты,заключается в значительном влиянии неоднородностей на малые объемыдревесины. Наибольший разброс данныхполучаетсяпри наименьшихпоперечных сечениях, а сечение 4,5x4,5 оказывается наиболее устойчивым ипоказательным в отношении упругих свойств. Также и непосредственноабсолютное значение модуля упругости для меньших образцов оказываетсязавышенным, показывая устойчивое возрастание с уменьшением объема3.Анализируя испытания древесины на изгиб, удалось сделать наблюдение,что определение модуля упругости может включать в себя ошибку, связашгую свлиянием смятия и необратимых деформаций, начинающихся уже принагрузках, составляющих 1 — 1,5% от максимальных.
При изгибе происходитвдавливание нагружающего цилиндра в образец и его смятие на опорах. Еслинаходить модуль упругости при меньших нагрузках, то исследователейподстерегает другая трудность, связшшая с установкой образца на опоры и егосмещений при начальном нагружении, вызванных дефектами обработки инесовершенством структуры (так называемые краевые эффекты).При прогибах порядка 0,01 см.
любой дефект поверхности при малыхнагрузках может оказать решающее влияние на корректность полученныхзначений.Поэтому за глав*гую меру прочностных свойств материала было решенопринять максимальное усилие, которое может выдержать образец. Заметим, чторазрушение всех образцов происходило по нижней грани под воздействиемнормальных напряжений.3Отметим также, что по Леонтьеву модуль упругости при изгибе у сосны равен 107 000 кгХсм2 при влажности15%.217Таблица 7.3.
Результаты опытов по изгибу деревянных образцов, полученныеЗнаменским Е.М.Сечение1/hОбъемсреднее Крабочей частикг\см2х103Количествообразца см 2образцасм 31x12x24,5x4,5246(5)24198(199,6)16316208,7245(4)192175(165)164(4)128188(161,2)86(4)64247(126)2411(4)2187125(118,9)1615(19)1458"128(116)89(4)729136(88,7)50(6)4556(121,9)Примечание: в скобках приведены значения К в случае нагружения сосредоточенной силойпосередине пролета.Диаграмма зависимости а м а х от поперечного сечения приведена выше нарисунке 7.3.Для наглядностиизменим графическое представление результатов надиаграмму «ст-V», где V- объем рабочей части образца.Сравнимполученныйрезультатсзакономерностью,выведеннойЗнаменским Е.М.
на основании обобщения многочисленных экспериментов.(Рис. 7.5)Можно легко заметить очевидное сходствообеих кривых, причемпоказательно, что первая кривая строилась при постоянном отношении l/h=8,изменялись только размеры поперечного сечения, а во втором случае главноеизменение касалось величины 1/h.21880030050010001500объем V, смЗ200025003000Рис. 7.4 Зависимость напряжения <т (кгс/см2) от объема образца V (см ).По-видимому, не следует различать влияние размеров поперечногосечения и объема древесины на показатели прочности при изгибе, что следуетиз обобщения всех приведенных в настоящем разделе экспериментальныхданных.Устойчивое значение модуля упругости и максимального нормальногонапряжения начинается при различных отношениях 1/h с 4,5x4,5 смуЗнаменского и с 6x6 см2 в наших экспериментах.Исследования по выявлению оптимальной длины образцапри изгибеследует проводить исходя из влияния касательных напряжений на прочность.Как уже говорилось, древесина имеет крайне низкое значение сопротивлениясдвигу, и при малом отношении 1/h поведение и прочность образца будутцеликом зависеть от.
сдвигающих усилий.21910002000300040005000Объем образца (V) см"Рис.7.5 Зависимость объемного модуля упругости К (кг\см х10 ) от объемаобразца V (см3).Кромеперечисленныхрезультатов,авторомбылопроведенодополнительное экспериментальное исследование, в котором использовалисьобразцы с отношением 1/h =3 и объемом рабочей части 648 см .Было решено проверить высказанную здесь гипотезу, что, начиная споперечного сечения 4,5x4,5 см , когда в образец уже включено достаточноеколичество структурных элементов древесины, на первый план во влиянии напрочность выходит общий объем образца (в отличие от размеров поперечногосечения при площади менее 4,5x4,5 см).
При сравнении результатов3обнаружилось следующее: образец с объемом рабочей части 6x6x18 см (648см ) выдержал максимальное напряжение, близкое к образцу 4x4x28 (448 см ).А если учесть, что объемный вес во второй серии испытаний был выше, чем в220первой (0,568 против 0,489 г\см3), то полученное напряжение практическиидеально ложится на кривые, представленные на рисунках 7.3 и 7.4.В заключение анализа влияния масштабного фактора на прочностьдревесины при изгибе можно дать рекомендации по выбору оптимальногообразца для проведения испытаний.Ограничения накладываются на две характеристики образца: отношениеl/h и величину Укр.Из многочисленной литературы и собственных наблюдений, минимальноерекомендуемое отношение l/h принимается5 в диапазоне 5-6, а Укр при этомдолжен быть не менее 1000 см .
Отсюда следует, что оптимальная площадьпоперечного сечения образца принимается не менее 30 смпри линейныхразмерах более или равных 4,5 см.7.1.5. Краткие выводы.Проведенными экспериментами поставленпод сомнение принципопределения прочности древесины по «малым» образцам. Если при сжатииобъем образца не оказывает существенного результата на прочностныехарактеристики, то при изгибе испытания, проведенные на малых образцах,искажают реальные показатели прочности древесины.Для более полного исследования вопроса о влиянии масштабного факторанеобходимо провести еще несколько серий испытаний на более крупныхобразцах.
Целесообразно выглядит следующий выбор объемов:33~5500 см ,38000 — 10000 см и более 10 000 см . Тогда кривые, представленные нарисунках, приобретут более завершенный вид.Однако, следует учесть, что при исследовании прочностных свойств внаправлении поперек волокон, невозможно изготовить образцы большого5Добавим также, что в современных немецких стандартах на проведение экспериментов по определениювязкости разрушения и коэффициента концентрации напряжений при изгибе методами механики разрушениярекомендуемое отношение l/h принимается равным 6.
Считается, что при указанном соотношении параметрыпрочности пригогибепоказывают коррекпше результаты [97].221поперечного сечения из-за ограничений в диаметре ствола и расположении внем сердцевины и коры.Поэтому, на взгляд автора, и приведенных данных вполне достаточно длярекомендаций по проведению испытаний.7.1.6. Влияние касательного напряжения на прочность образца стрещиной при изгибе.Ввиду низкого сопротивления деревянного образца сдвигу при работе наизгиб, в реальных конструкциях существует опасность разрушения приневысоких нагрузках из-за сдвигающего действия касательных напряжений.Сопротивление скалыванию вдоль волокон составляет, в среднем, от 1\9до 1\12 сопротивления изгибу, от 1\6 до 1\8 сопротивления сжатию и в 8 — 10раз меньше сопротивления растяжению.В обычных условиях касательное напряжение не наносит существенноговреда конструкции, однако, в случае клееных элементов непроклей швовсоздает пониженную сдвиговую прочность отдельных элементов относительнодруг друга.
Если же элемент цельнодеревянный, то наиболее опасной являетсягоризонтальная трещина, идущая вдоль волокон, которая часто возникает вследствие усушенных процессов в древесине.Существенную роль также может играть геометрия конструкции вчастности, отношение длины пролета 1 к высоте h.Проводя серию экспериментов по определению прочности древесины,было подготовлено несколько сосновых образцов стандартной влажности дляопределения влияния касательных напряжений на прочность при изгибе.6Изготовление образцов проводилось по стандартам механики разрушения[97]. Основное внимание уделялось изготовлению концентратора напряженийв вершине трещины.
Во-первых, сама трещина выпиливалась лобзиком на6С целью не столько определить влияние касательного напряжения, сколько понаблюдать за распространениемпродольной трещины в изгибаемом образце, в дополнение к опытам и знаниям о распространении трещины вдревесине, представленным в многочисленных предыдущих работах автора.222глубину, составляющую 1\5 от длины образца, во-вторых, в ее вершине вдревесину внедрялось лезвие на 5-7 мм, что является необходимым условиемсоздания «правильного» концентратора.Внешний вид образца со всеми размерами приведен на рисунке 7.6.р:куссггвеш[ый надрезчL/5\\|^чh/2h/2\\4\Очfs~А/с3h3h/>сL=7hРис. 7.6.ПослезамеровВид изгибаемой деревянной балки с трещинойвлажности,взвешивания,обмерагеометрическихпараметров образец помещался под пресс, на котором задавался жесткий режимнагружения с постоянным перемещением и скоростью 2 мм\мин.На монитор компьютера передавалась кривая «нагрузка — перемещениепресса» вплоть до разрушения образца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
