Прочность древесины при сдвиге

 

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

Эбеновое дерево	Свыше 8,0	Бук	3,8
Акация белая	7,1	Дуб	3,8
Олива	6	Падук	3,8
Ярра	6	Афромозия	3,7
Кумару	5,9	Граб	3,7
Лапачо	5,7	Вяз гладкий	3,67
Амарант	5	Берёза	3,6
Орех грецкий	5	Тиковое дерево	3,5
Кемпас	4,9	Ирокко (камбала)	3,5
Бамбук	4,7	Вишня	3,2
Панга-панга	4,4	Ольха	2,7
Венге	4,2	Лиственница	2,6
Гуатамбу	4,2	Клён полевой	2,5
Клен остролистый	4,1	Сосна	2,49
Ясень	4,1	Сосна корейская	1,9
Мербау	4,1	Осина	1,86
Сукупира	4,1	Кумьер	твёрдая
Ятоба (мерил)	4,1	Груша	средняя
Свитения (махагони)	4	Сапелли	средняя
Дуссие	4	Липа	низкая
Мутения	4	Каштан	низкая

 

Порода дерева