Характеристики древесины как конструкционного материала

Удельные характеристики механических свойств древесины

Для сравнительной оценки качества древесины применяют удельные характеристики механических свойств, представляющие собой показатели, отнесенные к единице плотности.

В табл. 46 представлены удельные характеристики прочности, жест­кости, ударной вязкости и твердости древесины при влажности 12 %. При исчислении удельных характеристик показатели прочности, КПа, и жест­кости (модуль упругости при сжатии вдоль волокон), МПа, ударная вяз­кость при изгибе, Дж/см², и твердость, Н/см², были разделены на плот­ность, кг/м³.

Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных по­род оказывается выше, чем у лиственных. Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость (особенно у древесины ели и пихты). По ос­тальным свойствам удельные характеристики у древесины лиственных по­род выше, чем у хвойных

46. Удельные характеристики механических свойств древесины

Порода	Прочность при сжатии вдоль волокон	Прочность при статическом изгибе	Прочность при скалывании вдоль волокон*	Ударная вязкость при изгибе	Твердость торцовой поверхности	Жесткость вдоль волокон
Хвойные: Лиственница Сосна Ель Кедр Пихта сибирская			14,7 14,8 15,5 15,6 17,1	81·10^-4 83·10^-4 90·10^-4 74·10^-4 80·10^-4	6,6 5,7 5,8 5,1 7,5	- 24,6 33,3 - 29,3
В среднем			15,5	81·10^-4	6,1	29,0
Лиственные: Дуб Ясень Бук Береза Липа Ольха Осина			16,2 20,0 17,2 16,2 17,0 17,2 15,2	113·10^-4 132·10^-4 122·10^-4 151·10^-4 119·10^-4 102·10^-4 174·10^-4	9,8 11,8 9,1 7,5 5,2 7,7 5,3	21,0 22,8 - 26,1 - 25,8 26,3
В среднем			17,0	130·10^-4	8,1	24,5
* Средняя для радиального и тангенциального направлений.

Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость при малой массе (например, в транспортном машиностроении, авиа- и судостроении, строительстве и т. д.), при отборе древесины для производства музыкальных инструментов и в других случаях.

По удельной прочности древесина вполне конкурентоспособна с другими современными материалами, а по удельной жесткости (вдоль во­локон) во много раз превосходит полимеры. Так, например, удельная прочность при растяжении древесины сосны равна 206, а дюралюминия 150-175, стеклопластика 263; удельная жесткость древесины сосны (вдоль волокон) 24,6, а полиакрилатов 3,3, капрона 1,3.

Рассмотренные в предыдущих параграфах показатели механических свойств относились к малым образцам чистой древесины. Элементы дере­вянных конструкций и детали изделий имеют обычно значительно боль­шие размеры и содержат пороки древесины. Исследованиями отечествен­ных (Е.М. Знаменский, А.Н. Флаксерман, Л.М. Перелыгин, А.Б. Губенко, В.Н. Быковский, Е.И. Савков, Ю.С. Соболев [56] и др.) и зарубежных [59] ученых установлено существенное снижение показателей прочности с уве­личением размеров образцов. При проектировании деревянных конструк­ций согласно строительным нормам и правилам СНиП П-25-80 в расчетах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в не­сколько раз меньшие показатели - расчетные сопротивления. Они учитывают большие размеры элементов конструкций, наличие поро­ков древесины, изменчивость ее свойств, длительность действия нагрузки и другие факторы.

В табл. 47. приведены значения расчетных сопротивлений для древе­сины сосны и ели. В СНиП указаны требования к прочности конструкци­онной древесины каждого сорта.

47.Расчетные сопротивления древесины сосны и ели

Вид напряженного состояния	Расчетные сопротивления, МПа, для сортов древесины
Изгиб, сжатие вдоль волокон Растяжение вдоль волокон Сжатие поперек волокон Местное смятие поперек волокон Скалывание вдоль волокон Скалывание поперек волокон	14-16 1,8 3-4 1,8-2,4 1,0	13-15 1,8 3-4 1,6-2,1 0,8	8,5-15 - 1,8 3-4 1,6-2,1 0,6

Базисные показатели, представленные в таблице, умножают на ряд коэффициентов, учитывающих породу, состояние материала и условия его работы в конструкциях.

Если нагрузка приложена к элементу конструкции, находящейся в условиях повышенной влажности, то расчетное сопротивление R умножают на снижающие коэффициенты 0,75-0,9, а влияние повышенной температуры учитывают коэффициентами 0,8-1. В том случае, когда действуют кратковременные (ветровая, сейсмическая) нагрузки, расчетное сопротивление умножают на коэффициенты больше единицы (1,2-1,6); совместное действие постоянных и временных длительных нагрузок учитывают коэффициентом 0,8.

Модули упругости вдоль и поперек волокон древесины всех пород принимают равными соответственно 10 ГПа и 400 МПа. Модуль сдвига в плоскости вдоль волокон 500 МПа, коэффициенты поперечной деформации при действии усилий вдоль μ_┴,║ и поперек волокон μ_║,┴ соответственно 0,5 и 0,2.

ГЛАВА 6. ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ВЗАИМОСВЯЗИ

Дата добавления: 2015-04-30