Каталог статей

Механические свойства древесины – деформативность

Кратковременное действие нагрузок При действии кратковременных нагрузок, не превышающих определенного значения, древесина ведет себя как упругое тело. И для того чтобы охарактеризовать деформативность древесины в этих условиях (жесткость), используют упругие постоянные: модули упругости, коэффициенты поперечной деформации (коэффициенты Пуассона) и модули сдвига. Модули упругости Модули упругости характеризуют способность материала сопротивляться упругим деформациям, т. е. являются мерой жесткости материала. Они представляют собой коэффициент пропорциональности в законе Гука. Из-за анизотропии древесины модули упругости определяют в трех основных направлениях: вдоль волокон (Еа), поперек волокон в радиальном направлении (Еr), поперек волокон в тангенциальном направлении (Et). Модули упругости определяют и для различных схем нагружения: сжатие, растяжение, статический изгиб. Известно, что показатели механических свойств древесины, в том числе и модули упругости, существенно зависят от влажности. При увлажнении древесины от абсолютно сухого состояния до влажности 30% значения всех механических характеристик резко уменьшаются. Поэтому значения модулей упругости, как и других параметров, приведены к нормализованной влажности (12%). Модуль упругости, как и модуль сдвига, пределы прочности на растяжение и сжатие, сдвиг, определяется экспериментально на специально подготовленных образцах и по специальной методике. Однако свойства древесины зависят не только от породы, но и от места произрастания и многих других факторов. Поэтому значения параметров упругости так же, как и прочности, носят несколько приближенный (усредненный) характер. Существуют определенные закономерности, показывающие зависимость этих параметров от структуры древесины, которая, в свою очередь, определяется условиями произрастания и т.д. Модуль упругости при нагружении древесины вдоль волокон примерно в 20-25 раз выше, чем поперек. Модуль упругости в радиальном направлении поперек волокон в среднем выше на 20-50%, чем в тангенциальном. Значения модулей упругости для коммерческих пород можно найти в таблицах Государственной системы стандартных справочных данных (ГСССД) «Древесина. Показатели физико-механических свойств малых образцов без пороков». Коэффициенты поперечной деформации При растяжении или сжатии образца кроме продольных деформаций появляются и поперечные (образец не только удлиняется или укорачивается, но и сужается или расширяется соответственно). Коэффициентом поперечной деформации (коэффициентом Пуассона) называется отношение поперечной деформации к продольной. Таких коэффициентов шесть: mrа, mta, mtr, mar, mrt, mat. Модули сдвига древесины Известно, что помимо нормальных напряжений в материале возникают еще и касательные. Для упругого тела коэффициентом пропорциональности между касательными напряжениями ф и угловой деформацией r является модуль сдвига G. Обычно в справочной литературе приводятся данные о трех модулях сдвига: Gta, Gra, Grt. Развитие деформации во времени При длительном воздействии механических нагрузок, колебаний влажности и температуры проявляются так называемые реологические свойства древесины, т. е. ее способность деформироваться под нагрузкой во времени. Древесина, или материал клеточных стенок, в основном представляет собой комплекс природных полимеров, имеющих длинные гибкие цепные молекулы. Такая особенность строения полимеров определяет особый характер их поведения под нагрузкой и реологические свойства древесины. При приложении усилий к образцу такого материала могут возникнуть следующие виды деформаций: упругие — вследствие обратимого изменения средних междучастичных расстояний (о них речь шла выше); высокоэластичные, связанные с обратимой перегруппировкой звеньев цепей молекул (при этом объем тела не изменяется); вязко-текучие, обусловленные необратимым смещением молекулярных цепей (объем тела при этом меняется). Полимеры могут находиться в трех физических состояниях — стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Каждое из них характеризуется преобладающим типом деформаций. Переход из состояния в состояние происходит при изменении температуры, критические значения которой называются температурой стеклования и температурой текучести. А при изменении влажности влияние температуры на развитие деформаций древесины во времени усиливается. Поведение реальных тел можно описать при помощи соотношений, содержащих в общем случае напряжения, деформации и их производные во времени. Такие соотношения называют реологическими уравнениями, а параметры, характеризующие материал, — реологическими коэффициентами, напряжения и деформации — реологическими переменными. Реологические коэффициенты можно получить в процессе двух основных видов испытаний: на ползучесть и релаксацию. В первом случае ведется наблюдение за значением деформации образца, возникающей под действием нагрузки, мгновенно приложенной и неизменяемой в течение испытаний. Во втором случае образцу сообщается начальная деформация, которая во время испытаний поддерживается постоянной. При этом значение напряжений снижается по сравнению с начальным. Кроме того, реологические испытания проводят при константной скорости возрастания напряжений или скорости деформации. Реологические свойства древесины и особенности ее деформирования при различной последовательности силовых, влажностных и температурных воздействий учитываются при разработке режимов гидротермической (например, для получения шпона) и механической (гнутье, прессование) обработки, консервирования, модифицирования древесины. На основе исследований реологических свойств также выяснилось, что при многократных циклических изменениях влажности древесины жесткость и прочность деревянных конструкционных элементов снижается. Это явление получило название гигроусталость. По некоторым данным, уже после шести циклов увлажнения-сушки с амплитудой 8% (от 20% до 12%) при напряжениях 1,2 МПа модуль упругости снижается примерно на 30%.
1 2 3 4 5 Категория: Мои статьи \| Добавил: GerFunkel (17.12.2009)
Просмотров: 8116 \| Рейтинг: 5.0/1