Механическая прочность древесины (1100342), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Некоторые образцы приплотной структуре в середине разрушались на расстоянии 1\4 от торца.Также следует обратить внимание на низкую деформативность при изгибепоперек волокон, что связано не столько с видом нагружения, сколько сгеометрическими параметрами образца.Интересно отметить, что образцы с отношением длины к высоте 1\3 вдольволокон разрушались из-за действия касательных напряжений, тогда какпоперек волокон строго по нижней грани, что, конечно, связано с анизотропиейдревесины.7.5.Механическая прочность древесины.В качестве заключительного этапа оценки прочности древесины, наосновании проведенных многочисленных экспериментов на сжатие и изгиб вразличных направлениях анизотропии, целесообразно вычислить пределыпрочности.
образцов, прежде чем перейти к описанию методики определенияупругих постоянных.В древесиноведении принято вводить соотношения между пределамипрочности при различных нагружениях в трех основных направлениях260анизотропии: вдоль волокон, поперек волокон в тангенциальном и радиальномнаправлениях.Пределы прочности, полученные по итогам все проведенных в работеэкспериментов, представлены в таблице 7.5.Таблица 7.5.
Сопоставление полученных результатов.Предел прочности при сжатииПредел прочности при изгибе(кгс/см2)(кгс/см )ВдольПоперекПоперекПоперекВдольВдольволоконволоконволоконволоконволоконволоконирадиальнотангенц.Liрадиальнотангенц.ReТсRiTi39337538/15**434*402*- указано среднее значение для образцов с различными геометрическимипараметрами;* * „ приразличной ориентации образца (глава 7.4.1.)Основные соотношения междупределамипрочностивразличныхнаправлениях анизотропии древесины:L ( /R c =ll,12Li/Rf=5,361УТс=13,15Li/Tf=10,58/26,8Rc/Tc=l,22Rj/Tf=l,97/5,00Lc/Lj=l,08Rc/Ri=0,29Тс/ТгЮ.87/2,20261По данным Яхонтова для сосны при испытаниях на стандартных образцахLc/Li=0,52.
Различие объясняется размерами образцов, так как для образца срабочим сечением 2x2 см предел прочности при изгибе вдоль волокон - 736кгс/см .Кроме того, у образцов с отношением длины к высоте (ширине) 3/1,предел прочности значительно ниже, чем в общепринятом случае (6/1 или 7/1),из-за влияния касательных напряжений.Исследования радиального и тангенциального изгиба до настоящейработы практически не проводились.
Удалось лишь обнаружить ссылку наработу Баженовой Л.А., где сопротивление изгабу в указанных направленияхсоставляет всего 4-5% от Lj.Отличия в значениях соотношений с общеизвестными обусловлено, впервую очередь, условиями проведения испытшшй: размерами образцов,которые существенновлияют на изгиб, и выбраннымтемпературно-влажностным режимом.Резюмируемосновныевыводыпорезультатампроведенныхэкспериментов:1.
Древесина, как и большинство твердых тел, разрушается по линиямскольжения, несмотря на отсутствие площадки текучести. Причемлинии скольжения образуются при сжатии как вдоль волокон (что былоизвестно ранее в древесиноведении), так и поперек волокон (новыйрезультат). При изгибе линии скольжения не обнаруживаются.2. Размер образца имеет важное значение для определения прочности,причем для макрообразцов, испытанных в работе, актуален не тольковид нагружения, но и расположение образца на прессе.3.
Можно считать новым результатом наблюдение за разрушениемдревесины при изгибе. Ранее было известно, что изгибаемые образцыразрушаются при возникновении магистральной трещины, хрупко истремительно. Опыты, представленные в работе, дают другую картшгуразрушения: трещина движется вдоль позднего слоя, «перескакивая»262черезнего в наиболее слабом сечении. Характерныйпримерразрушения показан на рис. 7.9. Подобный вид разрушения характерендля клееных конструкций, когда трещина, появляясь на нижней грани,переходит от одного слоя к другому вдоль клеевого шва [105].4.
Касательноенапряжениеоказываетсущественноевлияниенапрочность образца при изгибе. Необходимо создавать конструкции ссоотношением между размерами поперечного сечения и длиной балкине менее 1/6.5. Влияние трещины, расположенной в зоне действия максимальныхкасательных напряжений, которая моделирует непроклей в клееныхконструкциях, незначительно.
Если трещина составляет 1/5 от длиныконструкции, то предел прочности уменьшается на 10%. Гораздоважнее подбор правильных геометрических характеристик, чтобыуменьшить влияние касательных напряжений на предел прочности приизгибе.6. Построение полных диаграмм «нагрузка — перемещение» впервыепоказывает величину остаточной прочности в образцах.7. Поскольку подготовка к разрушению и разрушение происходятлокализовано, по площадкам скольжения, для построения теориипрочности древесины можно рекомендовать применение инвариантовСинтетической теории прочности.2637.6.
Определение упругих постоянных.Нахождение упругих постоянных представляет несомненный интерес дляисследования прочности. Учитывая анизотропию свойств в уравнениях законаГука (глава 5), а также положения синтетической теории прочности можнопостроить паспорт прочности в новых инвариантах, наподобие тех, которыераспространены в горном деле [81].Было проведено достаточноеколичество экспериментов с учетомсуществующих методик и указаний, использовалось современное высокоточноеоборудование, и, несмотря на волатильность коэффициентов поперечнойдеформации, можно утверждать, что полученные значения упругих постоянныхверно отражают механические свойства сосны.Само определение постоянных не претендует на новизну.
Ранее, в 40-ыхгодах прошлого века, дшшым вопросом занимались в ЛенинградскойЛесотехнической академии. Кроме того, известен рад ученых, проводившихисследования еще в 19-ом веке (Штамер, Хериг, Каррингтон, Крэстен и другие)(подробный список библиографиив [63]), но, к сожалению,описание иметодики проводимых тогда экспериментов найти практически невозможно.Новизна представленных в работе результатов заключается в двухположениях:- впервые опыты проводились при жестком режиме нагружения;- образец выбирался с учетом масштабного фактора, а не по традиционнымрекомевдациям «малый из чистой древесины».Упругие постоянные определялись на сосновых образцах.
Для того чтобысчитать упругие постоянные корректными для любого вида сосны (например,сибирская, карельская и т.п.) нужно добавить поправочный коэффициент вуравнениях, учитывающий объемный вес древесины.Если влияние влажности и температуры на результаты опытов четкорегламентируются стандартами (12% и 20-25 °С соответственно), то объемный264вес может оказаться принципиальной величиной, из-за которого полученные вработе упругие постоянные вызовут сомнения у последующих исследователей.По Ваншгу, зависимость прочности при сжатии и изгибе от объемноговеса имеет эмпирическое происхождение и выражается уравнением прямой:Di2=1250yi2- 93 - при сжатии;D12=1250y12- 227 - при изгибе.где Di2 — предел прочности у древесины сосны с влажностью 12% , а уп —объемный вес древесины.Обычно объемный вес сосны изменяется в пределах от 0,48 до 0,56 г\см3,поэтому несложно определить диапазон влияния этого изменения на прочность.Но вопрос, несомненно, нуждается в более тщательной проверке, так какуказанные уравнения получены, опять же, на малых образцах из чистойдревесины, у которой предел прочности является существенно завышешюивеличиной (см.
рис. 7.3 и 7.11).7.6.1. Общие сведения.Если направление вдоль волокон принять за х, направление поперекволокон радиальное - за г, поперек волокон тангенциальное — за t (рис. 8.1), тоупругие постоянные вычисляются через коэффициенты Пуассона следующимобразом (8.2):При этом предполагается, что древесина — материал ортотропный.7.6.2 Определение главных упругих постоянных ац, а22, и а3з, а такжесоответствующих модулей упругости.Определениеглавныхупругихпостояштгхсодержитменьшепогрешностей и различного рода допущений в виду отсутствия крайнеТри ориентации осей анизотропии образцаРис. 8.1. Три ориентации осей анизотропии образцаНаправление усилия1 - вдоль волокон; 2 - поперек волокон в радиальном направлении; 3 - поперекволокон в тангенциальном направлении.го^ч•'VОпределение упругих постоянных из данных эксперимента(8.2)1.Е2.= —** 3=——33 £хЕГаиллvеУХ77 гFoiPг J? гсr~r=-L«И1=——ЕгVL« 1^^3.—ЕЕ4— —Я = *'«221а~п = —22£tеF.4ЕКлIIа~«=Е^ - — =s Е—±гVа=—&_EtЕ=д_6 Ett"иvЕeЕЕТУi"23v ,Еllе.вЕ267волатилыюй величины — коэффициентов поперечной деформации.
Модульупругости определяется по углу наклона касательной к кривой «а-Е» наупругом участке к координатной оси.Остановимсяподробнеенаанализесуществующихподходовкопределению модуля упругости, проанализировав рис. 8.3 и 8.4.На рисунке 8.3 показана типичная диаграмма «нагрузка — перемещениепресса» для образца из первой серии испытаний с геометрическими размерами3x3x9 см3 при сжатии вдоль волокон. Длятого чтобы определить модульупругости необходимо перестроить диаграмму в зависимость «ст-е», и затемвычислить угол наклона прямолинейного участка к оси х, исключив остаточныедеформации, которые определялись при циклическом нагружении.Рис.
8.4представляет собой увеличенный докритический участок.Прямолинейная часть начинается приблизительно от 800 — 1000 кг ипродолжается до 2500 - 3000 кг. При 60% от максимальной нагрузки не толькопо результатам проведенных опытов, но и по общепринятым данным,начинается резкий прирост необратимых деформаций.Теперь обратимся к стандартному методу определения модуля.упругости,описанного у Ванина СИ. (и затем у Знаменского).«Определение ведется на образцах размером 2x2x6 см.
Деформацииизмеряются тензодатчиками, расположенными на боковых сторонах образца.При определении модуля упругости вдоль волокон образец подвергаетсяшестикратному нагружению в пределах 100 - 400 кг.»Нельзя не отметить два положения, с которыми можно не согласиться.Первое: диапазон нагрузки от 100 до 400 кг не располагается напрямолинейном участке (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
