Міцність деревини при стиску

Стиск вздовж волокон. Показники цієї основної властивості деревини визначають при випробуванні зразків у вигляді чотиригранної прямокутної призми (рис. 18,а). Основа призми відповідає базовому профілю (20х20мм), а висота 30мм. Випробовування проводять за допомогою пристрою (рис. 18,б).

Рис. 18. Випробовування деревини на стиск вздовж волокон:

а) зразок, б) пристрій (1,6 - зйомна кульова опора; 2 - зразок; 3 - пуансон;

4 - кульова опора; 5 – корпус).

Зразок навантажують рівномірно, щоб зразок руйнувався через 0,5-1,5 хвилини з початку навантаження. Руйнування зразка встановлюють по початку руху стрілки силоміра у зворотньому напрямку, контрольна стрілка показує по шкалі максимальне навантаження Р_max, Н. Границю міцності σ_W (МПа) обчислюють за формулою

. (15)

Вологість деревини визначають висушуванням зруйнованих зразків. Границя міцності деревини при стиску вздовж волокон дуже залежить від вологості. Міцність кімнатно-сухої деревини в 2-2,5 рази вища, ніж свіжозрубаної. В середньому для всіх досліджених порід при вологості деревини 12 % границя міцності при стиску вздовж волокон відповідає наближено 50 МПа. Границя пропорційності при стиску вздовж волокон для деяких порід (модрини, сосни, ялиці, дуба, ясена) складає в середньому 0,7 границі міцності.

Можна виділити найбільш типові види руйнування при стиску вздовж волокон (рис.19). У порід з деревиною, що легко деформується, а також у всіх порід при високій вологості деревини спостерігається зминання торців зразка (рис. 19,а). У порід з деревиною підвищеної жорсткості при руйнуванні з'являється коса складка, розташована під кутом 60-70˚ на тангенціальній поверхні зразка (рис. 19,б). Дуже часто у зруйнованого зразка можна знайти дві косі складки, що утворюють клиновидну ділянку, під якою видно тріщину від поздовжнього розколу (рис.19,а). Іноді спостерігається розшарування зразка і інші види руйнування. Все це свідчить про істотний вплив на показники міцності при стиску вздовж волокон особливостей будови і анізотропії механічних властивостей деревини.

Рис. 19. Типові види руйнування зразка при стиску вздовж волокон:

а - зминання торців; б - коса складка; в - косі складки з подовжнім розколом.

Таблиця 3.

Міцність деревини при стиску вздовж волокон

Порода	Границя міцності (МПа), при вологості, %	Порода	границя міцності (МПа), при вологості, %
	30 і більше		30 і більше
Модрина	64,5	25,5	Дуб	57,5	31,0
Сосна	48,5	21,0	Бук	55,5	26,0
Ялина	44,5	19,5	Горіх грецький	55,0	24,0
Кедр	42,0	18,5	Береза	55,0	22,5
Ялиця сибірська	39,0	17,5	В'яз	48,0	25,0
Акація біла	75,5	41,5	Липа	45,5	24,0
Граб	60,0	26,5	Вільха	44,0	23,5
Клен	59,5	28,0	Осика	42,5	19,0
Ясен	59,0	32,5	Тополя	39,0	18,0

Стиск впоперек волокон. Залежно від особливостей мікроскопічної будови деревина по-різному чинить опір дії зусиль, прикладених в радіальному і тангенціальному напрямках впоперек волокон. При цьому виді навантажень можливі дві типові діаграми стиску (рис.20), що відображають зв'язок між напруженнями та деформаціями.

Трифазна діаграма найбільш чітко виражена при стиску в радіальному напрямку деревини хвойних порід. Початкова, майже прямолінійна, ділянка (перша фаза) цієї діаграми відображає опір слабкої ранньої деревини річних шарів. Після втрати стійкості анатомічних елементів відбувається процес їх зминання, що не вимагає великих додаткових зусиль, і на діаграмі з'являється друга, трохи нахилена до осі абсцис ділянка (друга фаза). Поступово починають чинити опір більш міцні й жорсткі анатомічні елементи пізніх зон, що знаходить відображення на ділянці, розташованій під великим кутом до осі абсцис (третя фаза). Остання фаза деформації, не дивлячись на великі навантаження, призводить лише до ущільнення деревини і не завершується руйнуванням зразка.

ε

σ_гп

σ_гп

σ

Рис. 20. Діаграми стиску деревини впоперек волокон:

1 - трифазна; 2 – однофазна.

б

а

Рис. 21. Випробування деревини на стиск і місцеве зминання впоперек волокон:

а - зразок для випробування на стиснення; б - зразок і схема випробувань на зминання.

У листяних порід при стиску як в радіальному, так і в тангенціальному напрямках відбувається зминання анатомічних елементів і спостерігається трифазна діаграма, хоча і менш яскраво виражена. Однофазна діаграма характерна для деревини хвойних порід при стиску в тангенціальному напрямку. В цьому випадку зусилля сприймають одночасно ранні та пізні зони річних шарів. Проте найбільші напруження виникають в жорстких пізніх зонах. Ці більш міцні зони і визначають опір руйнуванню всього зразка. Навантаження призводить до явного руйнування зразків; вони випучуються у бік випуклості річних шарів. Однофазна діаграма виявляється при радіальному стиску сухої деревини дуба, що пов'язано з наявністю широких серцевинних променів.

Оскільки в більшості випадків при дії стискаючих зусиль впоперек волокон не вдається встановити максимальне навантаження, що призводить до остаточного руйнування зразка, обмежуються визначенням границі пропорційності, яку приймають за умовну границю міцності.

Розрізняють два види випробувань - на стиск і місцеве зминання впоперек волокон. При першому виді випробувань навантаження прикладається рівномірно по всій поверхні зразка, при другому - по всій ширині, але лише на частину довжини. Можливий і третій вид випробувань, при якому навантаження прикладається на площадку, обмежену частиною ширини і довжини зразка.

Для випробувань використовують зразки, форми, розміри яких вказані на рис. 21. Випробування при дії зусиль в радіальному і тангенціальному напрямках проводять на окремих зразках. У зразка для випробування на стиск вимірюється довжина l і на половині довжини - ширина а. У зразка для випробування на місцеве зминання вимірюється тільки його ширина а.

Умовну границю міцності при стиску впоперек волокон обчислюють за формулою

, (16)

де Р - навантаження, Н; а - ширина зразка, мм; l - довжина зразка, мм.

При місцевому зминанні впоперек волокон границю міцності обчислюють за формулою

, (17)

де 18 - середня ширина виступу пуансона, мм.

Таблиця 4.

Характеристики міцності деревини при стиску і зминанні вздовж волокон

Порода	Умовна границя міцності, МПа
Стиск впоперек волокон при вологості, %	Місцеве зминання впоперек волокон при вологості, %
	30 і більше		30 і більше		30 і більше		30 і більше
Модрина	4,5	2,7	6,1	2,5	6,2	3,7	9,5	3,0
Сосна	5,2	3,1	7,6	3,1	-	-	-	-
Ялиця	2,2	1,3	2,4	1,0	2,5	1,5	3,4	1,4
Граб	6,7	4,0	6,2	3,7	13,7	8,2	11,7	7,0
Ясен	-	-	-	-	8,7	5,2	11,0	6,6
Дуб	-	-	-	-	9,4	5,6	5,5	3,3
Бук	6,2	3,7	6,5	3,9	11,7	7,0	11,2	6,7
В'яз	5,8	3,5	4,8	2,9	11,3	6,8	11,3	6,8
Липа	5,7	3,4	5,2	3,1	10,0	6,0	10,2	6,1
Вільха	7,0	4,2	3,8	2,3	8,4	5,0	5,5	3,3
Осика	5,5	3,3	3,5	2,1	6,5	3,9	4,8	2,9

Примітка: цифра 1 позначає радіальний напрямок, цифра 2 – тангенціальний напрямок.

Згідно таблиці 4 умовна границя міцності при стиску впоперек волокон для всіх порід в середньому приблизно в 10 разів менша від границі міцності при стиску вздовж волокон. Границя міцності при місцевому зминанні через додатковий опір згину волокон виявляється вищою, ніж при простому стиску впоперек волокон.

Дата добавления: 2014-01-06