Определение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон

8.1 Цель и содержание работы

Целью работы является ознакомление с методом определения предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон.

Содержание работы включает:

- изучение метода;

- определение предела прочности;

- обработку результатов и формулирование выводов.

Краткая теория

В процессах переработки и эксплуатации древесина и древесные мате­риалы испытывают физические, химические и биологические воздействия.

Свойства древесины способные оказывать сопротивление воздействи­ям этих нагрузок можно классифицировать следующим образом:

- прочность - способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений;

- деформативность - способность сопротивляться изменению формы и размеров (способность сохранять в процессе обработки форму и размеры);

- долговечность - характеризует максимальную продолжительность экс­плуатации продукции с сохранением требуемых свойств.

Прочность, деформативность и долговечность зависят от многих факто­ров: породы древесины, ее плотности, влажности и многих других, в том числе и от способности древесины сопротивляться воздействию дереворазрушающих грибов (биостойкости). Механические свойства древесины про­являются, как правило, под действием механических нагрузок различного характера: статических, динамических, ударных, вибрационных и др.

В конструкциях и изделиях древесина часто работает на сжатие вдоль волокон, что объясняется ее высокой прочностью при этом виде действия усилий и удобством их приложения.

Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон сильно зависит от влажности. Прочность комнатно-сухой древесины в 2…2,5 раза выше, чем свежесрубленной. В среднем для всех изученных пород при влажности древесины 12 % предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа.

Для определения предела прочности применяют образцы (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 – Образец и схема испытаний древесины на прочность при сжатии вдоль волокон

Предел прочности при определенной влажности σ_W, Па, вычисляют по формуле

(8.1)

где P_max – разрушающая нагрузка, Н;

a и b – размеры поперечного сечения образца, м.

Предел прочности при нормализованной влажности σ₁₂, Па, вычисляют по формуле

s₁₂=s_w[1+a(W-12)], (8.2)

где a - поправочный коэффициент на влажность, (для всех пород a=0,04);

W – влажность образца в момент испытания, %.

В таблице 8.1 приведены пределы прочности древесины различных пород при сжатии вдоль волокон

Таблица 8.1 – Прочность древесины при сжатии вдоль волокон при влажности 12% (Центральные районы Европейской части России)

Порода	Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа
Сосна Ель Дуб Береза Осина Вяз Ясень	50,5 44,4 58,2 55,4 44,7 46,4 52,6

Аппаратура и материалы

При выполнении работы применяют: образцы из древе­сины двух пород размерами 20 х 20 х 30 мм, полученных из одного сортимента, половина которых име­ет влажность 12%, а вторая половина увлажняется выше предела насыщения, испытательную машину Р-5, штангенциркуль, весы с точностью измерения не менее 0,01 г, сушильный шкаф, образцы древесины. Годовые слои на торцовых поверхностях должны быть параллельны одной паре противоположных граней и перпен­дикулярны другой. Смежные грани должны быть выполнены под прямым углом. Отклонения от номинальных размеров образца допускаются не более ±0,5мм.

Образцы не должны иметь видимых пороков и дефектов.

Нижняя опорная плита ма­шины должна иметь шаровую опору. В случае отсутствия таковой необходимо применять переносное приспособление, имеющее шаровую опору.

Порядок проведения работы

- нумеруют полученный образец двумя большими буквами, характеризующими фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;

- определяют породу древесины, используя определитель пород;

- измеряют штангенциркулем на средине образца размеры поперечного сечения;

- устанавливают скорость нагружения машины – 4 мм/мин;

- устанавливают на штанге маятника сменные грузы А…Г;

- устанавливают образец в специальном приспособлении между опорными плоскостями машины;

- включают машину и доводят нагружение до разрушения образца;

- снимают показания по шкале «Г» нагрузку P_max с точностью до цены деления шкалы;

- определяют характер деформации;

- определяют влажность образца весовым методом;

- результаты заносят в табл. 8.2.

Таблица 8.2 – Протокол испытаний на сжатие вдоль волокон

Маркировка образца	Порода	Скорость нагруже-ния, мм/мин	Размеры поперечного сечения, мм	Максимальная нагрузка Рmax, Н	Влажность, %, W	Предел прочности, МПа	Характер деформа-ции образца
a	b	sW	s12

Обработка результатов

- определяют по формуле 8.1 предел прочности;

- определяют по формуле 8.2 предел прочности при нормализованной влажности;

- формулируют выводы.

8.6 Контрольные вопросы

1 Влияние влажности древесины на ее прочность при сжатии вдоль во­локон?

2 Влияние скорости нагружения на оценку прочности древесины?

3 При проектировании каких элементов конструкций необходимо опре­делять прочность древесины при сжатии вдоль волокон?

4 Влияние плотности древесины на ее прочность?