Механические свойства древесины

Механические свойства древесины

Акхузин Андрей Ахметович, преподаватель ФКП образовательное учреждение №228,г. Курган, Курганской области.

• Под  механическими свойствами  понимают способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил. Под воздействием внешних нагрузок в древесине возникают внутренние силы; если их соотнести с площадью сечения, то можно получить величину напряжения, выраженную в H/мм 2 или МПа.

Внешние нагрузки

  (статические, динамические, ударные, вибрационные) изменяют форму и взаимосвязанность структурных элементов древесины. К механическим свойствам древесины относятся:

• прочность
• твердость
• деформативность
• ударная вязкость
• износостойкость
• способность удерживать крепления

ПРОЧНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ

• Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Прочность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков. Она характеризуется пределом прочности - напряжением, при котором разрушается образец.

Прочность при сжатии

• Образец постепенно нагружают до разрушения. Затем по силоизмерителю испытательной машины отсчитывают максимальную нагрузку Рмах, Н. Предел прочности  б , МПа, вычисляют по формуле: б w = Pmax / (a * b), где (a * b) - площадь сечения образца, мм 2 . В среднем для всех отечественных пород при влажности древесины 12% предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа.

Прочность при растяжении вдоль волокон

• Такая форма образцов обусловлена стремлением обеспечить разрушение в тонкой рабочей части, а не в месте закрепления, под воздействием именно растягивающих напряжений.В среднем для всех пород предел прочности при растяжении вдоль волокон равен 130 МПа, а предел прочности при растяжении поперёк волокон в 20 раз ниже. Поэтому при конструировании изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок, направленных поперёк волокон.

При статическом изгибе

• Для испытания древесины на статический изгиб применяют образцы в форме бруска размерами 20 * 20 * 300 мм
• Предел прочности при статическом изгибе, МПа, вычисляют по формуле: б w = (3/2) * ((Pmax*l) / (b * h2)), где Pmax - максимальная нагрузка, Н; l - пролет, т.е. расстояние между центрами опор, равный 240 мм; b и h - ширина (в радиальном) и высота (в тангенциальном) направлениях, мм.В среднем предел прочности при статическом изгибе составляет 100 МПа.

прочности при скалывании

• Различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперёк волокон и перерезание древесины поперёк волокон.
• Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют по формуле: Tw = Pmax / (b * l), где (b * l) - площадка скалывания, мм2.Величина предела прочности - касательных максимальных напряжений при скалывании вдоль волокон в среднем для всех пород составляет примерно 1/5 от предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперёк волокон в 2 раза меньше, а предел прочности при перерезании поперёк волокон в 4 раза больше, чем предел прочности при скалывании вдоль волокон.

Твёрдость

• Характеризует способность древесины сопротивляться вдавливанию более твёрдого тела.

Испытания на статическую твёрдость проводят по схеме, показанной на рисунке:

• Для испытания на твёрдость используют приспособление, которое имеет пуансон с полусферическим наконечником. Его вдавливают на глубину радиуса. После испытания в древесине остаётся отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 мм2. Показателем статической твёрдости образца, Н/мм2, является усилие, отнесенное к этой площади. Статическая твёрдость торцевой поверхности выше, чем боковых поверхностей.Все отечественные породы по твёрдости торцевой поверхности при влажности 12% делят на 3 группы:
• мягкие (твёрдость 40 Н/мм2 и менее),
• твёрдые (41-80)
• и очень твёрдые (более 80 Н/мм2).

деформативность

• При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости . Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина. С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в "замороженные" остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении. Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок.

ударная вязкость

• Ударная вязкость, характеризующая способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения, определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше величина работы, потребной для излома образца древесины, тем выше его вязкость. Если древесина хрупкая, то для разрушения образца необходимо затратить меньшую величину работы. Древесина лиственных пород в среднем имеет ударную вязкость в 2 раза (мягкие в 1.5 раза, твердые в 2,5 раза) большую, чем у хвойных пород. 

Износостойкость

• Способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой

способность удерживать крепления

• Уникальным свойством древесины является способность удерживать крепления : гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.