Прочность древесины при растяжении

Растяжение вдоль волокон. Для определения прочности применя­ют образцы довольно сложной формы с массивными головками, которые зажимают в клиновидных захватах машины, и тонкой рабочей частью. Форма, размеры образца и схема его крепления показаны на рис. 50. При такой форме образца предупреждается возможность ei о разрушения в мес­тах крепления от сжатия поперек волокон и скалывании вдоль волокон. Переход от головок к рабочей части образца делают плавным во избежа­ние концентрации напряжений. Заготовки для образцов получают путем выкалывания (а не выпиливания), чтобы не допустить перерезания волокон Рабочая часть образца должна захватывать как можно больше годичных слоев, поэтому ее широкая грань совпадает с радиальным направлением Допускается изготовлять образцы с наклеенными головками.

Рис. 50. Испытание древесины на растяжение

вдоль волокон: а - образец, б - схема закрепления образца в захватах испытательной машины.

Перед испытанием измеряют толщи­ну а и ширину b рабочей части образцов с погрешностью до 0,1 мм и в отверстия го­ловок вставляют стальные пробки диаметром 9,9 мм. Длина пробок на 3 или 2 мм (соответственно для древесины мягких и твердых пород) меньше толщины головки. Пробки предотвращают чрезмерное смятие головок во время испытаний.

Образец нагружают с такой скоростью, чтобы разрушение его наступило через 1,5-2 минуты. Определяют максимальную нагрузку и вычисляют предел прочности по формуле (87), округляя результаты до 1 МПа. В качестве проб на влажность используют рабочие части образцов. Порядок дальнейших операций и расчетов соответствует рассмотренному в преды­дущем параграфе, но поправочный коэффициент на влажность α = 0,01.

Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон сравни­тельно слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малей­шем отклонении волокон от направления продольной оси образца. Пред­ставление о прочности древесины некоторых пород при данном виде дей­ствия усилий дает табл. 32.

32. Прочность древесины при растяжении вдоль волокон

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 Береза			Ясень Граб Осина Бук Липа Ольха Тополь

Предел пропорциональности при растяжении вдоль волокон состав­ляет от величины предела прочности 0,82 для древесины хвойных пород (лиственница, сосна, пихта) и 0,7 для лиственных кольцесосудистых (дуб, ясень) [49].

В среднем для всех пород предел прочности на растяжение вдоль во­локон 130 МПа. Несмотря на столь высокую прочность, древесина в кон­струкциях и изделиях довольно редко работает на растяжение вдоль воло­кон из-за трудности предотвращения разрушения деталей в местах закреп­ления (под действием сжимающих и скалывающих нагрузок).

Растяжение поперек волокон. По ныне действующему стандарту для испытаний рекомендуется образец, форма и размеры которого пока­заны на рис. 51. Этот образец по форме напоминает образец для испыта­ний на растяжение вдоль волокон. Однако в данном случае образцы кре­пятся в винтовых захватах с плоской стороны, чтобы сжимающие уси­лия были направлены вдоль волокон.

Затруднения, возникающие при изготовлении образца сравнитель­но большой (для плоскости поперек волокон) длины, могут быть уменьшены путем использования клееных образцов. В клееных образцах центральный участок из исследуемой древесины должен иметь длину не менее 90 мм и включать в себя плоскую рабочую зону, криволинейные пе­реходы и небольшую часть длины головок.

Рис. 51. Образец для испытания древесины на растяжение поперекволокон

Для определения предела прочности при растя­жении поперек волокон в радиальном и тангенциаль­ном направлениях образец изготовляют таким обра­зом, чтобы годичные слои на плоской его стороне бы­ли направлены соответственно поперек (как показано на рис. 51) или вдоль длины его рабочей части.

Перед испытаниями измеряют размеры сече­ния рабочей части образца. Скорость нагружения должна быть такой, чтобы образец разрушился через 1,5-2 мин. Для образцов, разрушившихся в рабочей части, находят максимальную нагрузку Р _тах, вычис­ляют предел прочности по формуле (87), округляя результат до 0,01 МПа. Далее проводят такие же операции и расчеты, как при испытаниях на рас­тяжение вдоль волокон; однако поправочные коэффициенты на влажность равны 0,01 и 0,025 соответственно при радиальном и тангенциальном рас­тяжении

Исчерпывающих данных о сравнительной прочности древесины на растяжение поперек волокон для разных пород, установленных при ис­пользовании стандартной формы образца, еще нет. В табл. 33 представле­ны данные [49], полученные по единообразной методике, но с использова­нием образцов, форма которых соответствовала ранее действовавшему стандарту Эти образцы имели трапециевидные головки и очень короткую рабочую часть. Вследствие концентрации напряжений значения пределов прочности оказывались заниженными. Здесь приведены показатели, пере­считанные к 12 % влажности, и полученные в опытах данные для древеси­ны трех пород при влажности 30%.

33. Прочность древесины при растяжении поперек волокон

Порода	Предел прочности, МПа, при влажности, %	Порода	Предел прочности, МПа, при влажности, %
	>30	>30			>30		>30
Лиственница Сосна Ель Кедр Пихта Ясень Дуб	5,6 5,4 5,0 4,2 4,0 9,0 8,0	- 3,9 - - - - 7,4	5,2 3,5 3,2 2,8 2,9 4,2 6,5	- 2,4 - - - - 6,1	Граб Клен Бук Береза Липа Ольха Осина	13,3 13,3 12,5 11,1 8,3 7,2 7,1	- - - 5,7 - - -	8,4 9,2 8,5 6,5 5,0 5,9 4,6	- - - 3,5 - - -

Примечание. Цифра 1 обозначает радиальное направление, а цифра 2-тангенциальное

Из приведенных данных следует, что прочность древесины в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных пород на 10-50%, у лиственных - на 20-70%. Наибольшую проч­ность имеют твердые рассеяннососудистые лиственные породы, за­тем идут кольцесосудистые лиственные и далее мягкие рассеянносо­судистые лиственные. Хвойные породы по сравнению с лиственными имеют значительно меньшую прочность при растяжении как в ради­альном, так и в тангенциальном направлении.

В среднем прочность при растяжении поперек волокон для всех изу­ченных пород составляет примерно 1/20 прочности при растяжении вдоль волокон.

При конструировании изделий из древесины стараются не допускать действия растягивающих нагрузок, направленных поперек волокон. Пока­затели прочности древесины при данном виде усилий необходимы для разработки режимов резания и сушки древесины. Именно эти показатели характеризуют предельную величину сушильных напряжений, достижение которой вызывает растрескивание материала. При расчетах безопасных режимов сушки древесины учитывают зависимость пределов прочности от влажности и температуры, а также длительности приложения нагрузки (скорости нагружения).

Дата добавления: 2015-04-30