Прочность древесины при статическом изгибе

К числу наиболее распространенных и сравнительно легко выпол­няемых видов механических испытаний древесины относится ее испыта­ние на поперечный изгиб. Нагружение образца проводят в статическом режиме, постепенно увеличивая изгибающие усилия, в отличие от ударно­го изгиба (см. ниже) с мгновенным приложением полной нагрузки. Проч­ность при статическом изгибе - одна из важнейших механических харак­теристик древесины.

Для испытания применяют образцы в форме бруска размерами 20x20x300 мм. После измерения посредине длины образца ширины Ъ - в радиальном и высоты h - в тангенциальном направлении с погрешностью до 0,1 мм его располагают на двух опорах. Пролет /, т.е расстояние между центрами опор, равен 240 мм Нагружают образец в одной точке посредине пролета (рис. 52). Опоры и нажимные ножи имеют закругления радиусом 30 мм. Скорость непрерывного нагружения должна быть такой, чтобы об­разец разрушился через 1 - 2 мин Определив максимальную нагрузку Р _тах, Н, вычисляют предел прочности, МПа, по формуле

. (90)

Результаты вычисления округляют до 1 МПа.

Рис. 52. Схема испытания древесины на статиче­ский изгиб

Фактическую влажность определяют по пробам, взятым вблизи излома у необ­ходимого количества образцов (см. § 20) и пересчитывают предел прочности к влаж­ности 12 % по формуле (69), используя по­правочный коэффициент α, равный для всех пород 0,04. В образце при нагружении возникают сжимающие напряжения в верхней, согласно схеме на рис. 52), части образца и растягивающие в нижней. Поскольку проч­ность на сжатие вдоль волокон значительно меньше прочности на растя­жение, разрушение начинается с образования редко видимых складок в сжатой зоне образца. Окончательное разрушение происходит в растянутой зоне в виде разрыва или отслоения крайних волокон и полного излома образ­ца. При низкой прочности образца получается почти гладкий излом (рис. 53), а при высокой - защепистый (особенно в растянутой зоне).

Рис. 53. Вид излома образца при изгибе а - гладкий, б – защепистый

Данные о пределе прочности при стати­ческом изгибе для древесины некоторых на­ших пород представлены в табл. 34.

34. Прочность древесины при статическом изгибе

Порода	Предел прочности, МПа, при влажности, %	Порода	Предел прочности, МПа, при влажности, %
	30 и более		30 и более
Лиственница Сосна Ель Кедр Пихта сибирская Акация белая Граб Ясень Клен Груша			Орех грецкий Береза Бук Дуб Вяз Липа Ольха Осина Тополь

Предел прочности при статическом изгибе в среднем можно принять равным 100 МПа Предел пропорциональности при статическом изгибе со­ставляет примерно 0,6-0,7 от предела прочности.

При испытаниях, проводимых по стандартной методике, образец располагается на опорах так, чтобы усилия были направлены вдоль годич­ных слоев (тангенциальный изгиб). Различие между прочностью при ради­альном и тангенциальном изгибах обнаруживается только для хвойных по­род: предел прочности при тангенциальном изгибе на 10-12 % выше, чем при радиальном; для лиственных пород прочность при изгибе в обоих на­правлениях практически можно считать одинаковой [49].

Более сложны в исполнении методы испытаний, предусматриваю­щие такую схему нагружения, которая обеспечивает чистый изгиб, т. е. от­сутствие касательных напряжений по части или всей длине пролета. Схема нагружения в двух точках (рис. 54, а) была принята в ранее действовавших ГОСТах. Однако в соответствии с международными стандартами она за­менена на более простую схему одноточечного нагружения (см. рис. 52), которая дает практически одинаковые результаты. Значительно сложнее осуществлять нагружение образца в опорных сечениях сосредоточенными моментами, т. е. по схеме рис. 54, б. Такая схема, применяемая для испы­тания пластмасс, гнутоклееной древесины, была использована [56] для ис­следования механических характеристик натуральной древесины. По срав­нению с двухточечной схемой при одинаковых пролетах l = 240 мм предел прочности для сосны оказался выше на 2 %. Однако при сокращении дли­ны пролета до 130 мм предел прочности увеличился на 12,6 %.

Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины на­правлены вдоль оси бруска (см. рис. 52), могут быть случаи, когда волокна направлены поперек оси бруска (рис. 55). Опыты, проведенные в МЛТИ автором и А.Л. Михайличенко, показывают, что в двух последних случаях предел прочности составляет для древесины ели и сосны 4 - 5 %, а для бу­ка - около 20 % предела прочности при обычном изгибе. Разницы в преде­лах прочности образцов, расположенных по отношению к действующим усилиям по схеме а и б рис. 55, не было установлено.

Рис. 55 Схема действия усилий при изги­бе образцов с поперечным относительно оси направлением волокон

Вследствие высокой прочно­сти при действии изгибающих на­грузок и удобства их приложения древесина очень часто работает в конструкциях и изделиях на изгиб (балки, лаги, детали машин, мебели, тары и т. п.).

Дата добавления: 2015-04-30