Механическая прочность древесины (1100342), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Главной задачей эксперимента являлосьвизуальноенаблюдение за процессом разрушения: какая из трещин,поперечная, возникающая в образце при стандартном испытании на изгиб, илипродольная искусственная, раньше разделит образец на две части.223Вид кривой нагружения для одного из образцов представлен на рисунке7.7.После разрушения проводилось сопоставление полученных данных сосновной серией испытаний на изгиб.Основные выводы, которые были получены при испытаниях образцов спродольной трещиной следующие:- при увеличении нагрузки искусственная трещина начинает раскрываться,однако, необратимыепродвижения пообразцуначинаются принагрузках, близких к критическим.- При достижении нагрузкой приблизительно 9\10 от максимальногозначения в образце появляется поперечная трещина, и разрушениепроисходит как по сдвигу, так и поперек волокон.- Нагрузка, которую выдерживает образец с продольной трещиной,приблизительно на 10% меньше, чем у цельного образца (933 кг и 1027 кгсоответственно).- Продольная трещина распространяется строго между слоями позднейдревесины, не нарушая целостность этих слоев.- Разрушение образца происходит быстрее, чем при обычном изгибе, инисходящая ветвь на диаграмме «нагрузка — перемещение» отсутствует.- Наличие продольной трещины приводит к уменьшению прогиба образцана 10% (среднее значение прогиба 29,37 мм при 31,52 мм в стандартнойсерии испытаний).Резюмируя, можно сказать, что наличие трещины в зоне максимальногодействия касательных напряжений приводит к уменьшению прочности образцаприблизительно на 10% от расчетной, при условии, что дефект составляет неболее 1\5 от длины образца.Можно также предположить, что если трещина будет составлять более1\3 конструкции, что распространено при непроклеях швов в клееныхэлементах, опасность преждевременного разрушения существенно возрастет.1r-900-оsCO(0zразвитие трещины-see-m•m-200-ДО-6 ,5д6160,56059,55958,55857,557iIIiIIIIiTS6.556перемещение пресса, ммРис.
7.7 Диаграмма «нагрузка - перемещение» для образца спродольной трещиной, а - полная диаграмма, б - продвижениетрещины по образцу в увеличенном масштабе.s225Такимобразом,целесообразнопроводитьосмотрконструкций,работающих на изгиб, на предмет различных технологических дефектов вобласти действия максимальных касательных напряжений, так как их влияниена прочность в целом образце может быть незаметным, но становится весьмасущественным при наличии ослабляющих факторов.Подобные выводы справедливы только при достаточном отношениидлины образца к размерам поперечного сечения, особенно к высоте.
Напрактике деревянные конструкции изготавливаются в отношении 1/h не менее6Л1. Образцы для основной серии испытаний были взяты также исходя изуказанного соотношения. Но, если мы будем уменьшать 1, так, что l/h<6, тоначинает возрастать опасность разрушения по сдвиговым напряжениям.Забегая вперед, подробнее остановимся на второй части эксперимента, гдеобразцы были взяты с отношением l/h=3.Нагружение проводилось так же, как и в первой серии испытаний,сосредоточеннойсилойпосерединеобразца.Напрессезадавалосьмаксимальное перемещение, чем обеспечивался режим «жесткой» машины.Типичная кривая «нагрузка-перемещение пресса» для образцов с малымотношением 1/h (рис.7.8) незначительно отличается от аналогичной кривойстандартного образца (рис.7.1).
Здесь можно четко увидеть наличие скачков,характеризующих возникновение продольных (а не поперечных по нижнейграни) трещин. Каждое снижение нагрузки означает появление новой трещиныв образце. Трещины появляются по всей высоте образца, а не только в среднейчасти сечения.Смятие незаметно столь ярко, как на рисунке 7.1, и нарастает постепенновместе с общим прогибом образца.Разрушениепроисходитиз-зарасслоенияповолокнам,образецрасщепляется на блоки, при этом трещины развиваются горизонтально на всюдлину образца.К сожалению, при проведении опытов возникали трудности прирегистрации нисходящей ветви на диаграмме, так как образец начинал226расползаться по блокам из-за большого количества трещин, и появляласьопасность повредить испытателыгую машину.-3000перемещение, ммРис.7.8Кривая «нагрузка — перемещение» для образцов с малымотношением l\hСравнение по максимальной нагрузке дало следующиерезультаты:незначительно прочнее оказался образец с размерами рабочей части 6x6x18 см3(l/h=3).
Он выдерживал около 2500 кг, после чего разрушался по волокнам из-засдвиговых напряжений. Образец первой серии испытаний 6x6x40 (l/h=6.7)разрушался при средней нагрузке 2100 кг. Хотя подобная разница в нагрузкахмогла возникать из-за различий в заготовленной древесине и влажности (1012% для второй серии испытаний и 12-15% для первой).Основной вывод заключается не столько в величине сопротивленияприлагаемому усилию, сколько в характере разрушения. Если из первой сериииспытаний все образцы различных поперечных сечений, но с постояннымотношением 1/h, разрушались по нижней грани (около 60 опытов), то во второйсерии также все образцы (более 20) разрушались вдоль волокон.
Это227показывает важность учета в деревянных конструкциях влияния касательногонапряжения на прочность при низком отношении 1/h, и расчет следуетпроизводить не по нормальным, а по касательным напряжениям на сдвиг.Резюмируем краткие выводы:- в обычных условиях, при l/h>6, разрушение происходит по нижней граниобразца из-за возникновения и развития магистральной поперечнойтрещины;- при l/h<6 происходит увеличение влияния касательных напряжений, иесли l/h=<3, то почти со 100%-ой вероятностью разрушение произойдетпо касательным напряжениям вдоль волокон. При этом образец будетраспадаться на отдельные блоки, и в нем будут появляться несколькопродольных трещин;- влияние непроклея, горизонтальных трещин и прочих дефектов в зонедействиякасательныхнапряжений при обычномотношении 1/hоценивается приблизительно в 10%, если суммарный размер дефектовсоставляет не более 1\5 длины конструкции (или испытательногообразца), и незначительно дляпрочностныхкачеств.
Вслучаеуменьшения 1/h любой горизонтальный дефект приобретает решающуюзначимость для эксплуатационных параметров древесины.Анализируя немногочисленные работы, посвященные изгибу деревянногообразца с трещиной [23, 143], всегда вызывала удивление фраза о том, чтонаиболее актуальным видом нагружения при изгибе является действие силывдоль волокон при расположении искусственной трещины на нижней граниобразца.
Мотивировалось данное высказывание слабым сопротивлениемразрушению вдоль волокон. Однако на практике почти 100% конструкций иизделий (как из клееной, так и из цельной древесины) работают на изгиб вдольволокон, что вполне логично и продиктовано максимальной прочностью деревав соответствующем направлении механических свойств.Только проведясобственный эксперимент врежиме«жесткого»нагружения удалось заметить неприменимость методов механики разрушения228за наблюдением развития трещины при наиболее естественной работе образца,когда уничтожается основной постулат механики разрушения — создание путемнадреза направленного разрушения.
Дело в том, что трещина, идущая поперекволокон, не-развивается в заданном направлении, а предпочитает находитьболее слабые места — слои ранней (светлой) древесины, «перескакивая» черезпозднюю древесину при увеличении нагрузки (рис. 7.9).СЛОИпозднейдревесиныI• • • •и^^ц^^^^^^Лш • •• » I I I ш^^ц^в • • • •АсхемараспространениятрещиныначальнаятрещинаРис. 7.9Схематичное изображение распространения трещины поперекволокон при действии изгибающей силы Р7.1.7.
Сопротивление сдвигу.Однимиз способовизмерениясопротивлениясдвигуявляетсяопределение величины максимального касательного напряжения при изгибепри большом отношении h\l, чтобы разрушение происходило по нейтральнойлинии (Ашкенази Е.К.).229Во второй серии эксперимента все образцы разрушились от действиякасательных напряжений, которые вычисляются по формуле:_ЗР~AbhTmax(73^Поскольку при подборе образцов учитывался масштабный фактор,можно считать полученное сопротивление сдвигу величиной, справедливойдля изгиба поперек волокон в целом для древесины сосны.Величина разрушающего касательного напряжения равна 52 кг/см2, чтопочти в 9 раз ниже, чем разрушающее нормальное напряжение приотношении h\l > 5.Размеры образца и схема проведения испытаний показана на рис.
7.10.7.1.8. О скорости нагружения.В процессе эксперимента скорость нагружения принималась достаточнонизкой с целью исключения динамических эффектов, и нами не ставилось вкачестве одной из задач определить влияние скорости нагружения напрочностные характеристики образцов.Однако, следует упомянуть, что изменение скорости нагружения вдиапазоне от 1 до 3 мм\мин, при которых проводились все испытания на изгиби сжатие, не оказывало существенного влияния на прочность.Данныйфакт, бесспорно, такжепроведенных исследований.является одним из результатовРис. 7.10Образец для испытаний на сдвигh - высота образца = 60 mm; L - расстояние от центра образца до опоры = 90 mm; t - толщина образца= 60 mm; общая длина образца - 210 мм2317.2.Работа древесины при сжатии.Работа древесины при сжатии является наиболее исследованным видомнапряженного состояния. Однако, стоило изменить способ нагружения образца,как появились совершенно новые результаты, которые раскрывают сутьсопротивления древесины нагрузкам.7.2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
