Прочность древесины при сдвиге

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 36Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом.

Различают три случая сдвига:

- скалывание вдоль волокон,

- скалывание поперёк волокон

- перерезание.

Рисунок 16 - Три случая скалывания

При испытаниях на сдвиг к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости. Схемы действия сил при этих испытаниях показаны на рисунке 17.

Рисунок 17 – Схема испытания древесины на сдвиг

Сдвиг у деревянных деталей бывает обыкновенный и двойной (рисунок 18).

Рисунок 18 - Сдвиг у деревянных деталей: а — обыкновенный; б — двойной.

Для испытания на скалывание вдоль волокон применяют образец, форма и размеры которого показаны на рисунке 19.

Рисунок 19 – Схема образца для испытания на сдвиг вдоль волокон

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании вдоль волокон определяют по формуле: Tw = Pmax / (b х l), где

(b х l) - площадка скалывания, мм².

Рисунок 20 - Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Предел прочности при скалывании поперек волокон определяют по формуле: Tw = 0.5 х Pmax / (b х l), где

(b х l) - площадка скалывания, мм².

Деформативность древесины

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок (рисунок 21).

Рисунок 21 – Схема деформативности древесины

Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Твёрдость

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных.

По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы:

1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);

2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);

3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Испытания на статическую твёрдость проводят по схеме, показанной на рисунке 22.

Рисунок 22 – Схема измерения твердости древесины

Для испытания на твёрдость используют приспособление, которое имеет пуансон с полусферическим наконечником. Его вдавливают на глубину радиуса. После испытания в древесине остаётся отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 мм². Показателем статической твёрдости образца, Н/мм², является усилие, отнесенное к этой площади. Статическая твёрдость торцевой поверхности выше, чем боковых поверхностей.

Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величена которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Твёрдость древесины

Порода дерева

Твердость, МПа (кгс/см²)