Виды механических испытаний древесины

Сжатие вдоль и поперек волокон.Прочность на сжатие определяется на образцах призматической формы. В среднем для наших отечественных пород предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа. Предел прочности при сжатии поперек волокон в среднем для всех пород примерно в 10 раз меньше предела прочности сжатия вдоль волокон.

Растяжение вдоль и поперек волокон.Испытания на растяжение проводят на образцах сложной формы с большими головками для закрепления в захватах и тонкой рабочей частью. В среднем для всех пород предел прочности при растяжении вдоль волокон равен 130 МПа.

Прочность при изгибе. Испытание на статический изгиб можно проводить как в тангентальном, так и в радиальном направлениях. В тангентальном направлении прочность на статический изгиб примерно на 15% выше, чем в радиальном, поэтому при использование древесины в конструкциях (балки, лаги и т.д.) это необходимо учитывать. В среднем предел прочности при изгибе составляет 100 МПа.

Прочность при скалывание. Прочность древесины при скалывании зависит: от породы, плотности; влажности (от содержания связанной влаги), от структурного направления. У лиственных пород из-за большего количества содержания сердцевинных лучей прочность в тангенциальной плоскости больше чем в радиальной. У хвойных пород различие не значительно.

Способность древесины удерживать крепления. Древесина обладает уникальным свойством удерживать гвозди, шурупы, скобы, костыли и другие крепления, которое имеет практическое значение. При забивании гвоздя в древесину происходит ее частичное разрушение, и возникают упругие деформации примыкающих к нему областей. На боковую поверхность гвоздя со стороны деформированной древесины оказывается давление, которое удерживает гвоздь.

Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают упругие деформации, которые после разгрузки исчезают. Показателем деформативности служит модуль упругости. Модуль упругости вдоль волокон 12 – 16 ГПа, а поперек в 20 раз меньше. С увеличением содержания связанной влаги и температуры жесткость древесины снижается. С увеличением длительности действия нагрузки деформации возрастают.

Характеристики древесины как конструкционного материала

Расчетные сопротивления древесины –применяются в нормативной документации, для характеристики древесины как конструкционного материала. Эти сопротивления установлены при испытаниях больших образцов натуральных размеров. Расчетные сопротивления в несколько раз ниже показателей, полученных на чистой древесине.

Тема 1.5 – Пороки древесины

План (2 часа)

1 Классификация пороков

2 Сучки – разновидности, влияние на качество, измерения

3 Трещины – разновидности, влияние на качество, измерения

4 Пороки формы ствола – виды, влияние на качество, измерения

5 Пороки строения древесины – разновидности, влияние на качество,

измерения

6 Грибные поражения – виды, влияние на качество, измерения

7 Биологические повреждения – разновидности, влияние на качество,

измерения

8 Покоробленности – разновидности, влияние на качество, измерения

9 Инородные включения, механические повреждения и пороки

обработки – разновидности, влияние на качество, измерения

Классификация пороков

Качество лесоматериалов определяется главным образом породой древесины и нормами допускаемых пороков.

Изменение внешнего вида древесины, нарушения правильности строения, целостности и другие недостатки, снижающие ее качество и ограничивающие возможности использования, называются пороками древесины.

Степень влияния пороков на качество древесины зависит от вида порока, его размера, местоположения, а также от характера и назначения самого сортимента. Поэтому один и тот же порок в одних сортиментах не допускается, в других снижает сортность, а в третьих, почти не имеет значения.

Описание пороков дано в соответствии с ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины». Согласно ему все пороки подразделяются на 9 групп: сучки; трещины; грибные поражения; химические окраски; биологические повреждения; пороки строения древесины; пороки формы ствола; инородные включения, механические повреждения и пороки обработки; покоробленности.

Сучки

Сучки – это основания ветвей, заключенные в древесине.

Разновидности сучков определяются по следующим характерным признакам:

В круглых лесоматериалах: открытые – выходят на боковую поверхность сортимента; заросшие – не выходят на боковую поверхность, наблюдаются в виде вздутия или бровок.

В пиломатериалах:

1 По положению в сортименте:

пластевые – выходят на пласть пиломатериала;

кромочные – выходят на кромку;

ребровые – выходят на ребро;

торцовые – выходят на торец;

сшивные – выходят на два ребра одной стороны сортимента.

2 По форме разреза на поверхности сортимента:

круглый – отношение максимального диаметра (D) к

минимальному (d) меньше 2; D/d< 2;

овальный – 2 < D/d < 4;

продолговатый – D/d > 4.

3 По взаимному расположению:

разбросанные – расстояние между сучками больше ширины

сортимента, а при ширине более 150 мм – на

расстоянии более 150 мм;

групповые – расстояние между сучками менее ширины сортимента;

разветвленные – два или более сучка одной мутовки.

4 По состоянию древесины сучка:

здоровый – светлые, темные, с трещиной;

загнивший – гниль составляет менее 1/3 площади сучка;

гнилой – гниль составляет более 1/3 площади сучка;

табачный – древесина деградированная, ржаво-бурого цвета.

5 По степени срастания сучка с окружающей древесиной:

сросшийся – сросшаяся часть составляет больше ¾ периметра

сучка;

частично сросшийся – сросшаяся часть составляет больше ¼, но

меньше ¾ периметра сучка;

несросшийся – сросшаяся часть менее ¼ периметра;

выпадающий – сучка нет, или он сдвигается при легком нажатии.

6 По выходу на поверхность:

односторонний – выходит на одну или две смежные стороны

сортимента;

сквозной – выходит на две противоположные стороны сортимента.

Влияние на качество лесоматериалов: сучки искажают внешний вид древесины, нарушают однородность строения, снижают прочность при изгибе, затрудняют механическую обработку, увеличивают прочность при сжатии, скалывании.

Способы измерения. В круглых лесоматериалах открытые сучки измеряют по наименьшему диаметру.

Заросшие сучки у хвойных пород измеряют по высоте вздутия над поверхностью сортимента. Заросшие сучки у лиственных пород – по наибольшему диаметру раневого пятна.

В пиломатериалах размеры сучков определяют: по наименьшему диаметру или по расстоянию между касательными, проведенными параллельно продольной оси сортимента.

Трещины

Под трещинами понимают разрывы древесины вдоль волокон, образующиеся под действием внутренних напряжений. Трещины в зависимости от характерных особенностей различают по типам, по положению в сортименте, по глубине, по ширине.

Типы трещин:

Метиковая – радиально направленная трещина в ядре или спелой древесине, проходящая через сердцевину и имеющая значительную протяженность по длине сортимента.

Метиковая трещина возникает в растущем дереве у всех пород и увеличивается в срубленной древесине в процессе сушки. В круглых лесоматериалах трещина видна на торцах. В пиломатериалах – как на торцах, так и на боковых поверхностях.

В зависимости от расположения в круглом сортименте метиковые трещины делятся на простые и сложные.

Простая метиковая трещина – одна или две трещины, расположенные на обоих торцах сортимента в одной плоскости.

Сложная метиковая трещина – одна или несколько трещин, расположенных на торцах сортимента в разных плоскостях.

Отлупная– трещина, проходящая между годичными слоями. Возникает в растущем дереве. В круглых лесоматериалах видна на торцах в виде дугообразных или кольцевых трещин между годичными слоями.

Морозная – радиально направленная трещина, проходящая с боковой поверхности в глубь сортимента и имеющая значительную протяженность по длине. Возникает в растущем дереве, преимущественно у лиственных пород, под действием низких температур. Сопровождается образованием характерных валиков разросшейся древесины и коры. В круглых лесоматериалах видна на боковой поверхности в виде длинных и глубоких трещин.

Трещины усушки – радиально направленные трещины, возникающие в срубленной древесине при сушке. В отличии от метиковых и морозных трещин имеют меньшую протяженность по длине и меньшую глубину.

По положению в сортименте трещины делятся:

Боковая – выходящая на боковую поверхность или на боковую поверхность и торец;

Пластевая – выходящая на пласть или на пласть и торец;

Кромочная – выходящая на кромку или на кромку и торец;

Торцовая – выходит только на торец.

По глубине:

Несквозная – выходит на боковую поверхность сортимента или на одну боковую поверхность и торец;

Сквозная– выходит на две боковые поверхности или имеет два выхода на одну боковую поверхность;

Неглубокая– несквозная трещина в круглых лесоматериалах глубиной не более 1/10 диаметра торца, но не более 7 см; а в пиломатериалах – глубиной не более 5 мм.

Глубокая – несквозная трещина в круглых лесоматериалах глубиной более 1/10 диаметра торца; в пиломатериалах – глубиной более 5 мм.

По ширине:

Сомкнутая– трещина шириной не более 0,2 мм;

Разошедшаяся – трещина шириной более 0,2 мм

Влияние на качество лесоматериалов. Трещины, особенно сквозные, нарушают целостность материала и в некоторых случаях снижают их механическую прочность. Наиболее отрицательное влияние они оказывают на прочность при растяжении поперек волокон и при скалывании.

Измерения трещин.

В круглых лесоматериалах:

Торцовые трещины измеряют:

· по наименьшему диаметру круга (d), в который они вписываются;

· по наименьшей ширине неповрежденной периферической зоны торца (b);

· по наименьшей ширине вырезки, в которую они могут быть вписаны (a).

Торцовые трещины усушки измеряют по глубине (h).

Боковые трещины измеряют по глубине (h) и длине (l).

В пилопродукции:

Боковые трещины измеряют по максимальной глубине и длине.

Торцовые – по глубине и протяженности на торце.

В шпоне:

Сомкнутые трещины измеряют по длине и учитывают в штуках на 1 м ширины. Разошедшиеся трещины измеряют по длине и наибольшей ширине и учитывают в штуках на 1 м ширины листа.

Пороки формы ствола

Пороки данной группы представляют собой различные отклонения от нормальной формы ствола и образуются в процессе роста дерева.

Сбежистость – постепенное уменьшение диаметра ствола по длине, превышающее нормальный сбег (до 1 см на 1 м длины сортимента).

Влияние на качество древесины. Сбежистость увеличивает количество отходов при распиловке и лущении круглых лесоматериалов и раскрое пилопродукции. Обуславливает появление в пиломатериалах радиального наклона волокон, снижая этим их прочность.

Величина сбежистости зависит от породы (стволы хвойных пород менее сбежисты, чем лиственных), от положения по высоте ствола (наименьший сбег характерен для средней части ствола, наибольший – для вершинной), от условий роста (более сбежистые стволы формируются у деревьев, выросших на открытых местах).

Измерения. Сбежистость измеряют по разности между диаметрами нижнего (D) и верхнего торца (d), отнесенной к его длине (L) и выражают в см/м длины или в процентах.

(5)

Закомелистость – резкое увеличение диаметра комлевой части круглых лесоматериалов, когда диаметр комлевого торца более чем в 1,2 раза превышает диаметр сортимента, измеренный на расстоянии 1 м от этого торца.

В зависимости от формы поперечного разреза различают две разновидности закомелистости: округлая и ребристая.

Влияние на качество древесины. Затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению, а в остальном влияет также как сбежистость.

Овальность ствола – форма поперечного сечения торца круглого лесоматериала, когда больший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший.

Влияние на качество. Затрудняет использование круглых лесоматериалов, увеличивает количество отходов, является внешним признаком присутствия в стволе крени или тяговой древесины.

Нарост– резкое местное утолщение ствола.

Влияние на качество лесоматериалов. Нарост затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению и осложняет их переработку. Древесина наростов отличается высокой декоративностью.

Измеряется по длине и толщине.

Кривизна ствола – искривление ствола по длине. Различают простую кривизну – один изгиб сортимента, и сложную – два и более изгиба.

Влияние на свойства лесоматериалов. Затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению. Увеличивает количество отходов при распиловке и раскрое. Обуславливает появление в пилопродукции радиального наклона волокон.

Измерения. Кривизну измеряют по величине стрелы прогиба (а) в месте наибольшего искривления и относят ко всей длине сортимента (l), выражая в процентах:

(6)