Механическая прочность древесины (1100342), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Полнаядиаграмма представлена на следующемграфике(рис.7.13). Участокдостижения максимальной нагрузки в увеличенном виде представлен нарисунке 7.14.-18000-16000-14000-12000* -10000ап>|а.-8000X-6000-4000-2000перемещение пресса, ммРис. 7.13 Полная диаграмма «нагрузка — перемещение» при сжатииНа диаграмме видны три различных участка. К первому относитсяместное смятие под захватами пресса, когда рост деформаций существенноопережает рост прикладываемого усилия.
Приблизительно у отметки 800 кгначинается упрочнение материала, завершение процесса местного смятия иИ, как следствие, остаточной прочности древесины.241выравниваниязависимости«нагрузка-перемещение»допрямой линии.Большую часть опыта материал подчиняется закону Гука и ведет себя упруго.При нагрузке около 60% от начала нагружения кривая постепенно отклоняетсяот линейной зависимости между усилием и деформациями. Это хорошосоотносится с общепринятыми представлениями о началенеобратимыхдеформаций в зоне 0,6Р мах . (второй участок на диаграмме)перемещение пресса, ммРис. 7.14Диаграмма «нагрузка - перемещение» в увеличенном масштабеДалее угол наклона касательной к кривой с осью «перемещение пресса»постепенно увеличивается, доходя в вершине графика до 90°, что хорошо виднона следующем рисунке, который является увеличенной копией участка смаксимальной нагрузкой.Сразу за максимумом напряжения возникают линии скольжения в видетонких, едва заметных полос на гранях образца.
По мере дальнейшегоперемещения пресса линии становятся все заметнее глазунаблюдателяблагодаря начавшемуся движению образца вниз по этим линиям. Одна часть242-12000-10000>»а. -8000-6000^000-2000-1,5-1,7-1,9-2,3-2,1-2,5-2,7перемещение пресса, ммРис. 7.15Достижение максимальной нагрузки.-4000-2000-10-20-30-40-50-60-70-80-90-1)0перемещение пресса, ммРис. 7.16Нисходящая ветвь диаграммы «нагрузка — перемещение» при сжатии вувеличенном масштабе.образца «скользит» по другой.
На графике с этого момента начинается участокнисходящей ветви «усилие - перемещение пресса». Нагрузка уменьшается, и-2,9243можно заметить, что это падение происходит более плавно, если сравнивать сизгибом. Дело в том, что при изгибе происходит резкое возникновениепоперечной трещины в образце, здесь же структура остается плотной,изменения касаются лишь зоны, непосредственно примыкающей к линиям (рис.7.16).Нисходящая ветвь диаграммы состоит также из нескольких участков,каждому из которых соответствуют свои процессы, происходящие в образце.На первом этапе происходит развитие линий скольжения. Никаких иныхизменений в структуре не наблюдается, кроме разделения образца на два блока.Второй участок характеризуется временным упрочнением: по-прежнемуотсутствуют какие-либо видимые дефекты структуры, однако «скольжение»начинает встречать внутреннее сопротивление.
Волокна загибаются достаточносильно и, по-видимому, начинают работать силы сцепления волокон междусобой вдоль образца, что приводит к временному росту напряжения.Сброс нагрузки начинает продолжаться на третьем участке и начинается споявленияпервыхвертикальныхтрещин.Происходитвертикальноерасслаивание волокон, напоминающее расщепление на части. При этом двасформировавшихся блока продолжают «скользить» один по другому.Третий участок обычно имеет самую большую протяженность, нагрузкауменьшается по мере возникновения новых продольных трещин, верхний блокмедленно движется по нижнему и часто достигает основания пресса (хотя внекоторых опытах из-запродольного расщепленияобразец теряетустойчивость).Последний участок упрочнения обозначен цифрой 4.
С физической точкизрения это означает достижение верхней частью образца нижней платформыпресса. Получается следующее явление: пресс начинает деформировать как быудвоенное, продольно ослабленное, сечение. При этом, что примечательно, вместах развития линий скольжения, часть волокон разрывается, другая же частьпродолжает загибаться вниз, сопротивляясь разрушению.244Если предположить, что верхняя часть образца была бы способнапреодолеть нижний захват пресса и опуститься ниже, нет сомнений, что и дотех пор образец продолжал бы сопротивляться разрушению.Пятый этап является последним в нисходящей ветви. Здесь образецокончательно теряет устойчивость и распадается на блоки различных размеров,связанные между собой неразорвавшимися волокнами.
Нагрузка стремительнопадает.Наблюдая за экспериментом, не возникает сомнений, что разрушениепроисходит не столько по линиям скольжения из-за разрыва крайних волокон,сколько из-за появления продольных трещин и отщепления волокон друг отдруга.Этотпроцессвыглядитвполнелогично,есливспомнитьомежструктурных связях внутри древесины. Так взаимодействие макромолекулцеллюлозы между собой, как главного составляющего вещества волокон,значительно прочнее, нежели силы сцепления волокон между собой.Возникают поперечные напряжения, перпендикулярные линии действиянагрузки, растягивающие внутреннюю структуру образца на мелкие блоки.Следует также заметить, что получение полной картины разрушениясвязано с некоторыми трудностями.
Во-первых, играет существенную рольскорость изменения перемещений пресса. При высоких скоростях графическоеизображение «теряет» некоторые участки, спрямляя нисходящую ветвь надиаграмме. Во-вторых, и что самое важное, только образцы с идеальнойструктурой, показывают полную картину разрушения. Волокна должны бытьстрого параллельны, с одинаковыми расстояниями между слоями позднейдревесины. Если угол наклона волокон хотя бы на несколько градусовотличается от угла действия силы, то при появлении линий скольженияначинается потеря устойчивости всего образца, и он попросту «заваливается»на бок, не позволяя блокам «скользить» один по другому.
Само же появлениелиний скольжения не зависит от структуры образца и является общейхарактеристикой для всего процесса разрушения при сжатии.245Если рассматривать вопрос об остаточной прочности, на котором,безусловно, следует останавливаться подробно и проводить специальноеисследование, то потенциальные запасы механической прочности в древесинедостаточно - велики. После возникновения линий скольженияпроцессупрочнения структуры начинается при нагрузках, составляющих более 0,5 отмаксимальной. При этом если не задавать дополнительных перемещений,образец продолжает сопротивляться действующей силе, хотя структура в зонелиний скольжения претерпела существенные изменения.Типичные кривые «нагрузка — перемещение» для различных размеровобразцов приведены на рисунке 7.17.
Для взятых сечений структура диаграммодинакова (также, можно предположить, что и для стандартного образцасечением 2x2 см2 действует все вышеперечисленные закономерности приразрушении).7.2.4. Сопоставление поведения образца при жестком режиме нагруженияи путем приращения нагрузки.В качестве проверки корректности полученных данных, кроме жесткогорежима нагружения, на некоторых образцах усилие подавалось традиционнымспособом — путем приращения нагрузки.Данный способ нагружения дает гораздо меньше информации для анализапроцесса работы древесины при сжатии. Полностью отсутствует нисходящаяветвь на диаграмме «нагрузка - перемещение», а сам образец разрушаетсямгновенно на мелкие щепки. Верхняя часть образца словно вдавливается внижнюю, разрывая последнюю на части.Максимальное напряжение, полученное путем приращения нагрузки, неотличается от аналогичного, полученного при жестком режиме нагружения.Так, например, для образцов сечением 4x4 см, нагруженных по перемещению,среднее напряжение составляет 520 кгс/см (при колебаниях в диапазоне от 490до 533 кгс/см ), тогда как среднее напряжение по нагрузке равно 525 кгс/см .246Впервые проведенное построение полной диаграммы«нагрузка-перемещение пресса» или «напряжение — деформация» дает почву для изученияостаточной прочности древесины, что особенно актуально при реставрациистаринных зданий и сооружений, в том числе, памятников архитектуры.Долговечность и запас прочности в уже работающих конструкциях являетсявесьма актуальным на практике.Примененный в работе жесткий режим нагружения является болееинформативным с точки зрения изучения прочностных свойств и особенностейразрушения материалов.
Можно рекомендовать именно подобный подход длядальнейших исследований.Преимущество эксперимента при жестком нагружении наглядно виднопри сравнении двух диаграмм (рис. 7.18 и 7.19).На первой диаграмме, где представлено нагружение по приращениюусилия, можно наблюдатьупругийучасток,накоплениенеобратимыхдеформаций и максимум нагрузки, которой соответствует некоторое значениедеформаций сжатия.Полная диаграмма (рис. 7.19) значительно нагляднее демонстрирует весьпроцесс сопротивления разрушению, включая в себя явления «сброса» нагрузкипосле достижения максимума, временное упрочнение и разделение образца навертикальные составляющие1.73.Работа древесины при сжатии поперек волокон.На практике иногда встречается работа древесины на сжатие поперекволокон.
В качестве примеров можно привести шпалы, различные подкладки(под фермы, металлические башмаки и т.п.). Сжатие подразделяется на двавида: радиальное и тангенциальное.Подобное сравнение также уместно провести и для изгиба.нагрузка, кгснагрузка, кгс43ярt—'N18Якк1аоSяfх§sлп>-aя£оONеа SЯ43*43Я^8яимянмоIIИ9\EfЛ>о аЕа>—»0)43нагрузка, к г Сяянагрузка, кгсЛ 43Я «-3on ыS I2 CDЯ 43Я 2яс 2^ю _Е2О8CDо»яоя43ft)оо§Я43ЯОз00Фо"8i~JоФ8йЯЯёо-п8trяш-ft"Л•I(ЛИ-4aиооII(Л-10-15-20-25-30перемещение, мм-35-40-45Рис. 7.18 Диаграмма «нагрузка - перемещение» при нагружении поприращению усилияео-<5перемещение, ммРис.
7.19. Диаграмма «нагрузка - перемещение» при нагружении по приращениюперемещенийIV5250Как указывалось ранее, при сжатии поперек волокон различают дваслучая:-нагрузка приложена на всю поверхность образца;-нагрузка действует на часть образца.Первый случай называется сжатием поперек волокон, а второй - смятием.Всепроведенныеэкспериментыотносилиськпервомувариантуприложения нагрузки.73.1. Сжатие в радиальном направлении.На сжатие в радиальном направлении было испытано 14 образцовразмерами 6x6x22 см 3 , а также два маленьких образца 6x6x5 см 3 для болеедетального анализа процесса прессования древесины.Необходимо заметить, что при данном виде сжатия совершенно непринципиален способ приложения нагрузки — приращением силы илиприращением перемещений. В обоих случаях происходят схожие явления.Типичная диаграмма при радиальном сжатии, состоящая из трех различныхучастков, представлена на рисунке 7.20.Классификация участков диаграммы была предложена Хухрянским П.Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
