Оборудование, приборы, инструменты

ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания к выполнению лабораторных работ для бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профилей подготовки «Технология деревообработки», «Лесоинженерное дело» очной, очной ускоренной, заочной и заочной ускоренной форм обучения

 

 

Красноярск 2014
Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический

университет»

 

Физика древесины

Методические указания к выполнению лабораторных работ для бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профилей подготовки «Технология деревообработки», «Лесоинженерное дело» очной, очной ускоренной, заочной и заочной ускоренной форм обучения

 

Красноярск 2014

Физика древесины: методические указания к выполнению лабораторных работ для бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профилей подготовки «Технология деревообработки», «Лесоинженерное дело» очной, очной ускоренной, заочной и заочной ускоренной форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2014. - 40 с.

 

 

Составитель: докт. техн. наук, профессор В.Н.Ермолин

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Н.А. Романова (научно-

методический совет СибГТУ)

Одобрено и рекомендовано к печати редакционно - издательским

советом СибГТУ

 

© Ермолин В.Н, 2014

© ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2014

Содержание

 

Введение………………………………………………………………..….5

Требования к содержанию отчета по лабораторной работе……………5

Лабораторная работа № 1. Определение показателей пористости древесины…..............................................................................................................6

Лабораторная работа № 2. Гигроскопические свойства древесины….11

Лабораторная работа № 3.Коробление древесины……………………17

Лабораторная работа № 4.Влияние температурно-влажностного состояния древесины на показатели её механических свойств………………21

Ключевые слова………………………………………………………. …30

Библиографический список…………………………………………..…30

Приложение А (обязательное). Пример оформления титульного листа к отчетам по лабораторным работам……………………………….…31

Приложение Б (справочное). Свойства влажного воздуха…………..…32

 

Введение

 

Лабораторные занятия являются важной составляющей при изучении курса «Физика древесины», направленной на закрепление теоретических сведений и приобретение практических знаний о специфике физических свойств древесины.

Цель лабораторных занятий - научиться определять показатели физических свойств древесины, изучить особенности ее поведения в различных температурно-влажностных условиях.

Лабораторные занятия разделены на темы: «Определение показателей пористости древесины», «Коробление древесины», «Гигроскопические свойства древесины», «Влияние температурно-влажностного состояния древесины на показатели её механических свойств». По каждой теме предусмотрено проведение экспериментальных исследований и выполнение теоретических расчетов, а также анализ полученных результатов. Результаты работы оформляются в виде отчета и производится защита. Выполнение этих работ является необходимым условием для получения зачета.

Выполнение данных лабораторных работ направлено на формирование следующих компетенций:

ОК 10: использование основных естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

ПК 4: готовность обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов и изделий.

ПК 11: способность применять современные методы исследования структуры древесины и древесных материалов.

Студенты дневной формы обучения выполняют лабораторные работы в полном объеме. Студенты заочной формы обучения выполняют лабораторные работы № 1, № 2.

 

Требования к содержанию отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе в указанной последовательности должен содержать следующие материалы:

· наименование работы;

· цель и задачи исследования;

· условия проведения опытов;

· переменные факторы;

· результаты работы: таблицы, расчеты, графики;

· выводы.

Отчет к защите предъявляется каждым студентом на следующем занятии после выполнения работы. Оформление отчета должно соответствовать требованиям СТП 3.4.204-01 «Требования к оформлению текстовых документов». Успешная защита всех работ является основанием для зачета. По окончании лабораторного практикума все отчеты должны быть сброшюрованы в один документ, который дополнительно должен содержать такие материалы, как: титульный лист, реферат, содержание, библиографический список.

Комплект отчетов студент сдает преподавателю на зачете. Образец титульного листа комплекта отчетов лабораторных работ приведен в приложении А. Отчеты рекомендуется выполнять на листах белой нелинованной бумаги формата А4.

 

Лабораторная работа № 1

Определение показателей пористости древесины (4 ч)

 

Древесина является капиллярно-пористым телом. Такая структура определяет ее многие свойства, такие как теплопроводность, водопоглощение, деформативность и др. Также она обуславливает особенности поведения древесины на различных этапах ее переработки и эксплуатации. Информация о пористой структуре является основой для прогнозирования результатов различных технологических воздействий на древесину.

Цель работы

Научиться вычислять показатели, которые характеризуют пористую структуру древесины. Сравнить установленные экспериментальным путем показатели пористости для двух или нескольких образцов древесины из разных пород.

 

Содержание работы

2.1 Для образцов древесины стандартных размеров экспериментально определить влажность и вычислить показатели плотности.

2.2 Используя полученные данные, рассчитать показатели пористости древесины: пористость, воздухоёмкость, максимальную влажность, плотность, пропиточную емкость.

2.3 Сравнить вычисленные показатели пористости для образцов древесины разных пород.

2.4 По вычисленным показателям ρ_баз. для образцов, используемых в эксперименте, определить, при какой влажности древесины они должны утонуть.

Порядок выполнения работы

 

4.1 Перед проведением работы преподаватель выдает каждой подгруппе студентов 2 - 3 образца древесины разных пород с разной начальной влажностью. Начальная влажность образцов древесины должна быть более 30 %. Средние размеры образцов 20×20×30 мм (последний размер вдоль волокон).

4.2 Студенты должны определить породу каждого образца древесины.

4.3 Штангенциркулем измерить точные размеры образцов в поперечном сечении (радиальный - r, тангенциальный - τ) ивдоль волокон - l. Поперечные размеры (r, τ) следует измерять на середине длины образцов. Точность измерений должна быть не менее 0,1 мм. Полученные результаты заносят в таблицу 1.1.

4.4 С помощью технических весов определить начальную массу образцов (m_w) с точностью до 0,01 г. Эти данные также следует занести в таблицу 1.1.

4.5 После этого образцы помещают в сушильный шкаф, где в соответствии с ГОСТ16483.7 при температуре (103 ± 2) ⁰С высушивают до абсолютно сухого состояния.

 

Таблица 1.1 – Результаты измерений

Номер образца	Порода	Размеры образца, мм	Масса образца, г
до высушивания	после высушивания	до высуши-вания	после высушивания
rw	tw	lw	r0	t0	l0	mw	m0

 

4.6 После высушивания произвести повторное измерение и взвешивание образцов. Полученные результаты записывают в таблицу 1.1.

4.7 Используя полученные данные произвести расчет следующих показателей древесины

Абсолютная влажность древесины W_абс, %

(1.1)

где m_н - масса образца до высушивания, г;

m₀ - масса образца в абсолютно сухом состоянии, г.

Точность вычисления влажности должна быть (± 0,5) %.

Плотность древесины, кг/ м³:

а) плотность влажной древесины ρ_w вычисляют по формуле

 

ρ_w = m_w /V_w, (1.2)

 

где V_w - объем образца древесины до высушивания (при влажности более 30 %), м³.

б) плотностьабсолютно сухой древесины ρ₀

ρ₀ = m₀ /V₀, (1.3)

 

где V₀ - объем образца в абсолютно сухом состоянии, м³.

в) базисная плотность древесины ρ_баз

ρ_баз. = m₀ /V_w. (1.4)

 

г) плотность при нормализованной влажности (W = 12 %)

ρ₁₂ = ρ₀ / k, (1.5)

 

где k - коэффициент, учитывающий влияние породы.

Для березы, дуба, бука, граба, лиственницы k = 0,957, для остальных пород k = 0,946.

Точность расчетов показателей плотности должна быть (± 5) кг/м³.

Результаты выполненных расчетов записывают в таблицу 1.2

Таблица 1.2 – Результаты вычислений

Номер образца	Порода	Абсолютная влажность древесины, %	Показатели плотности древесины
Плотность влажной древесины, ρw	Плотность абсолютно сухой древесины, ρ0	Базисная плотность древесины, ρбаз	Плотность при нормализованной влажности, ρ12
кг/м^3	кг/м^3	кг/м^3	кг/м^3

 

Рисунок 1.1 – Диаграмма плотности древесины

 

С помощью диаграммы, приведенной на рисунке 1.1, по вычисленным показателям ρ_баз установите, при какой влажности образцы, использованные в эксперименте, потеряют плавучесть?

 

Выводы

1На основаниивычисленных значений плотности древесины и, используя данные диаграммы 1.1, установите, обладают ли образцы, использованные в лабораторной работе плавучестью? При какой влажности они должны утонуть?

2 Установите, как влияет порода и влажность древесины на показатели пористости.

 

Контрольные вопросы

1 Как определить влажность древесины сушильно-весовым способом?

2 Назовите виды влаги в древесине и дайте их характеристику.

3 Какие факторы оказывают влияние на плотность древесины?

4 От каких факторов зависит величина максимальной влажности и плотности древесины?

5 Как изменяется воздухоёмкость древесины при изменении её влажности?

Лабораторная работа № 2

 

Гигроскопические свойства древесины (4 ч)

Древесина является гигроскопичным материалом. Ее влажность всегда стремится к равновесию с окружающим воздухом. В зависимости от состояния воздуха (температура, влажность) древесина либо поглощает влагу из воздуха (сорбция влаги), либо испаряет её (десорбция влаги). При этом также происходит изменение размеров древесины. Изменение влажности происходит до достижения древесинойнекоторой устойчивой влажности. Влажность, к которой стремится древесина при выдержке её в воздухе определенного состояния, называется устойчивой влажностью. В технике выделяют устойчивую влажность сорбции W_{у.с .} и устойчивую влажность десорбции W_у.д. (рисунок 2.1). Экспериментально установлено, что для древесных сортиментов одинаковых размеров величина устойчивой влажности десорбции больше величины устойчивой влажности сорбции на некоторую величину называемую гистерезисом сорбции - ΔW. Для реальных пиломатериалов величина гистерезиса сорбции составляет от 2 до 2,5 %. Для измельченной древесины ΔW= 0.

 

 

 

Продолжительность выдержки

 

1, 2 - кривые изменения влажности для пиломатериалов;

3, 4 - кривые изменения влажности для измельченной древесины

Рисунок 2.1 - Кривые сорбции и десорбции древесины во времени

 

Влажность, которую приобретает древесина при длительной выдержке в насыщенном влагой воздухе (т.е. при относительной влажности воздуха 100%) называется предел гигроскопичности W_пг. Величина W_пг зависит от температуры. Максимально возможное количество связанной влаги, которое может содержаться в клеточных стенках древесины – предел насыщения клеточных стенок W_пн. Еговеличинане зависит от породы древесины и от температуры и ровна W_пн = 30 %. В интервале температур от 0 ⁰С до 20 ⁰С W_пн = W_пг = 30 %.

Устойчивую влажность измельченной древесины, одинаковую при сорбции и десорбции называют равновесной влажностью древесины W_р.

Установив для заданных значений температуры и влажности воздуха (приложение Б, рисунок Б.1) значение равновесной влажности, с помощью следующих формул можно вычислить значения W_{у.с .} либо W_у.д. для пиломатериалов

 

W_у.д. = W_р + 0,5×DW, (2.1)

 

W_у.с. = W_р – 0,5×DW. (2.2)

 

Одновременно с изменением влажности происходит изменение и линейных размеров древесных сортиментов (усушка или разбухание). Таким образом, гигроскопичность является важным свойством древесины, которое обязательно необходимо учитывать.

 

 

Цель работы

Изучить процесс изменения влажности и размеров древесных сортиментов древесины при изменении температурно-влажностных условий окружающей среды.

Содержание работы

Для образцов древесины, имеющих различную начальную влажность, экспериментальным путем установить величину влажности и линейные размеры, которые они приобретут в результате длительной выдержки при определенных температурно-влажностных условиях. Рассчитать аналитически величину влажности и линейные размеры образцов, которых они должны достичь в результате длительной выдержки при температурно-влажностных условиях эксперимента.

 

Порядок проведения работы

4.1 Каждой подгруппе студентов для проведения эксперимента преподаватель выдает 2 образца древесины с различной начальной влажностью.

4.2 Студенты определяют породу древесины образцов, производят взвешивание. Измеряют поперечные размеры образцов: толщину (S), ширину (b). Полученные результаты записывают в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Результаты наблюдений

Номер образца	Порода	Масса, г	Влажность, %	Условия выдержки	Дата прове- дения экспери- мента	Продолжительность выдержки, ч /сут.
начальная	конечная	в абс. сух. состоянии	Wнач.	Wкон.	t, ^0C	φ, %	начало	окончание

4.3 После этого образцы помещают в эксикаторы, в которых созданы различные температурно-влажностные условия.

Одни образцы будут выдерживаться при температуре (18 ± 2) ⁰С и влажности воздуха 95 %. Для этого их помещают на специальную подставку эксикатора, в который залит водный насыщенный раствор кальцинированной соды. Эксикатор плотно закрывают крышкой.

Другие образцы помещают во второй эксикатор. Этот эксикатор в процессе эксперимента не будет закрыт крышкой.

Оба эксикатора устанавливают рядом, в одной и той же учебной лаборатории. С помощью показаний психрометра определяют температуру t ^оС, и относительную влажность воздуха φ % в лаборатории. Все исходные данные, дату начала эксперимента записывают в таблицы 2.1, 2.2.

4.4 После завершения эксперимента фиксируют дату окончания и общую продолжительность выдержки. Измеряют массу и размеры образцов.

Таблица 2.2 – Результаты наблюдений

Номер образца	Порода	Влажность W, %	Размеры образцов, мм
начальная Wн	конечная Wк	Ширина b	Толщина S
начальная bн	конечная bк	начальная Sн	конечная Sк

 

4.5 Для каждого образца по формуле (2.3) вычисляют начальную влажность W_н,%, и влажность после длительной выдержки при заданных условиях W_к %

, (2.3)

где m_нач., m_{абс. сух .} - соответственно начальная масса и масса образца в абсолютно сухом состоянии, г.

 

Условиях

Влажность образцов древесины после их длительной выдержки при заданных температурно-влажностных условиях проведенного эксперимента можно спрогнозировать путем выполнения аналитического расчета устойчивой влажности сорбции либо десорбции (в зависимости от начальной влажности образца древесины).

5.1 По диаграмме равновесной влажности (приложение Б, рисунок Б.1) для условий, при которых проводилась выдержка образцов и которые зафиксированы в таблице 2.1, следует определить значения равновесной влажности древесины. Данные заносят в таблицу 2.3.

 

Таблица 2.3 – Значения устойчивой влажности образцов древесины

Номер образца	Равновесная влажность древесины, %	Устойчивая влажность образца, %
установленная экспериментальным путем	вычисленная аналитически

 

5.2 Учитывая характер изменения влажности образцов в процессе выдержки, т.е. увлажнение (сорбция) или высыхание (десорбция), используя формулу (2.1) либо (2.2), установите расчетные значения устойчивой влажности образцов. Результаты зафиксируйте в таблице 2.3.

5.3 Сравните значения влажности, установленные аналитически и экспериментальным путем.

5.4 Используя формулы (2.4 - 2.5), установите линейные размеры, которые должны приобрести образцы вследствие их длительной выдержки при заданных температурно-влажностных условиях

 

(2.4)

 

, (2.5)

 

где S_к, b_к - соответственно толщина и ширина образца после длительной выдержки, мм;

S_н, b_н - толщина и ширина образца до эксперимента, мм;

К_рτ, К_рr - коэффициент разбухания соответственно в тангенциальном и радиальном направлении, %/%;

W_н, W_к - влажность образца соответственно в начале и в конце эксперимента, %.

Значения коэффициентов К_рτ, К_рr, для различных пород древесиныприведены в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4 - Коэффициенты разбухания К_р древесины

Порода	Коэффициент разбухания, %/%, влажности
в радиальном направлении	в тангенциальном направлении
Лиственница	0,20	0,39
Сосна	0,18	0,31
Пихта	0,11	0,31

 

5.5 Линейные размеры образцов, установленные аналитически, запишите в таблицу 2.5.Сравните размеры образцов, установленные экспериментально и аналитически.

 

Таблица 2.5 – Размеры образцов после длительной выдержки

Номер образца	Коэффициент разбухания, %/%	Размеры образца, мм
Крτ	Крr	в конце эксперимента	установленные аналитическим путем
s	b	l	s	b	l

Выводы

1 Произошло ли изменение влажности и размеров образцов в результате их длительной выдержки при заданных температурно-влажностных условиях.

2 Установите, насколько точно экспериментальные значения влажности и размеров, соответствуют их расчетным параметрам. Если обнаружены расхождения, постарайтесь объяснить их причину.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение понятий: «равновесная влажность», «устойчивая влажность» древесины.

2 Дайте определение понятий: «устойчивая влажность сорбции», «устойчивая влажность десорбции», «гистерезис сорбции».

3 Дайте определение понятий: «предел насыщения клеточных стенок», «предел гигроскопичности».

Лабораторная работа № 3

Коробление древесины (4 ч)

 

Одним из серьезных недостатков древесины является ее формонестабильность. При уменьшении содержания связанной влаги происходит изменение линейных размеров и формы древесины. Уменьшение размеров и объема древесины в результате удаления из нее связанной влаги называется усушка. Обратный процесс, т.е. увеличение линейных размеров древесины, в результате увеличения содержания связанной влаги - разбухание. Изменение формы древесных сортиментов в процессе высыхания называется коробление. Коробление подразделяется на поперечное (рисунок 3.1,а) и продольное. Продольное коробление является следствием наличия пороков и поэтому встречается не у всех сортиментов.

Поперечное коробление обусловлено различием усушки древесины в радиальном и тангенциальном направлениях. Усушка древесины в тангенциальном направлении в 1,5…2 раза больше, чем в радиальном. Или, говоря другими словами, годичные слои древесины по периметру усыхают в 1,5…2 раза больше, чем по радиусу древесного сортимента. В результате происходит своего рода «стягивание» годичных слоев и пиломатериалы приобретают форму желоба. Также следствием различия усушки в тангенциальном и радиальном направлениях является появление трещин в круглых лесоматериалах (рисунок 3.1, в), и в пиломатериалах, содержащих сердцевину (рисунок 3.1, г). Поперечное коробление характерно для всех пиломатериалов, за исключением радиальных (рисунок 3.1, б). В связи с этим есть необходимость в прогнозировании величины поперечного коробления.

Цель работы

Изучить влияние породы, толщины и положения в стволе на величину поперечного коробления пиломатериалов.

 

Содержание работы

Экспериментально определить величину свободного поперечного коробления пиломатериалов, возникающего в результате высушивания. Научиться теоретически рассчитывать величину коробления.

Порядок выполнения работы

4.1 Каждой подгруппе студентов преподаватель выдает образцы для проведения экспериментов. Образцы маркируют.

4.2 У каждого образца студенты должны определить породу. Штангенциркулем измерить фактические размеры образцов: толщину s_c и ширину b_c, в момент проведения опытов.

4.3 С помощью психрометра, психрометрической таблицы (приложение Б, таблица Б.1) и диаграммы равновесной влажности древесины (рисунок Б.1) следует установить влажность образцов в момент проведения опытов. Все данные записывают в таблицу 3.1.

4.4 Используя специальную измерительную линейку (рисунок 3.2), определить величину поперечного коробления для каждого образца - f_k. Установленные значения f_k для каждого образцазаносят в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.1 – Результаты измерений

Номер образца	Порода	Влажность образца, %	Геометрические характеристики образца, мм
bw	sw	bс	sс

 

4.5 На чистом листе бумаги обвести поперечный контур каждого образца.

4.6 С помощью геометрических построений, удаляя проявившееся коробление, определить размеры досок, которые получатся после придания им плоской формы - b_ч, s_ч (рисунок 3.2).

4.7 На основании этого определить величину необходимого припуска досок на механическую обработку:

 

по толщине Δ_т = s_w – s_ч, (3.1)

 

по ширине Δ_ш = b_w – b_ч . (3.2)

 

Установленную величину необходимого припуска на механическую обработку заносят в таблицу 3.2.

sч

bч

 

Рисунок 3.2 – Измерение стрелы поперечного коробления f_k

Таблица 3.2 - Величина коробления и припуска на механическую обработку

Припуск, мм	Стрела коробления, мм	Порода	Номер образца
	по толщине	по ширине	расчетная	фактическая

Пиломатериалов

5.1 На основании произведенных измерений и используя данные таблицы 3.3 по формуле (3.3) произвести расчет стрелы свободного поперечного коробления для каждого сортимента

 

, (3.3)

где f_k - стрела коробления, мм;

W_п.н. - влажность предела насыщения клеточных стенок древесины, %;

W - влажность образца в момент проведения измерений, %;

K_r, K_τ - соответственно коэффициенты усушки древесины в радиальном и тангенциальном направлениях (таблица 3.3);

Bw - начальная ширина образца, мм (таблица 3.1).

Результаты вычислений, выполненные по формуле (3.3), записывают в таблицу 3.2.

Таблица 3.3 – Коэффициенты усушки древесины различных пород

Порода древесины	Коэффициент усушки, %/%W
в радиальном направлении, Kr	в тангенциальном направлении, Kτ
Лиственница	0,19	0,35
Сосна	0,17	0,28
Ель	0,16	0,28
Пихта сибирская	0,11	0,28
Кедр	0,12	0,26
Береза	0,26	0,31
Осина	0,14	0,28

Выводы

Оцените влияние породы древесины и положения в стволе на величину поперечного коробления пиломатериала. Для образцов, использованных в работе, сравните расчетные и экспериментальные значения поперечного коробления пиломатериала.

Контрольные вопросы

 

1 Дайте определения терминов: «усушка», «коэффициент усушки древесины».

2 От каких факторов зависит величина усушки древесины?

3 Объясните причину возникновения поперечного коробления пиломатериалов.

4 От каких факторов зависит величина поперечного коробления пиломатериалов?

5 Каким образом можно уменьшить величину поперечного коробления пиломатериалов?

 

Лабораторная работа № 4

 

Цель работы

Изучить влияние положительной и отрицательной температуры, количества связанной и свободной влаги, содержащейся в древесине на её механические свойства.

 

Содержание работы

У древесины, имеющей различную начальную температуру и влажность, производится определение следующих показателей физико-механических свойств: предел прочности при сжатии вдоль волокон, предел прочности при статическом изгибе, ударная вязкость.

 

Порядок выполнения работы

4.1 Определениепредела прочности древесины при сжатии вдоль волокон

4.1.1 Для проведения опытов используют образцы древесины со средними размерами 20´20´30 мм, последний размер вдоль волокон, (рисунок 4.1), имеющие различную влажность: ниже и выше предела насыщения клеточных стенок (W_пн) и температуру: (+ 20) ⁰С и (– 20) ⁰С.

4.1.2 Образцы следует промаркировать. Штангенциркулем измерить их точные размеры в поперечном сечении: в радиальном (в) и тангенциальном (а) направлениях. Точность измерения должна быть (± 0,1)мм. На технических весах определить массу образцов с точностью (± 0,01)г. Все данные заносят в таблицу 4.1.

4.1.3 Испытания выполняют на разрывной машине марки Р-5. Испытываемый образец устанавливают в центре площадки с шаровой опорой, расположенной на нижнем захвате машины.

4.1.4 Путем нажатия кнопки «пуск», а затем «вверх» создается нагрузка на образец до его разрушения. После этого нажимается кнопка «стоп» и «вниз». При расстоянии между захватами, достаточном для удаления образца с испытательной площадки, нажимается кнопка «стоп».

4.1.5 На шкале силоизмерителя фиксируется нагрузка (Рmax) c точностью (± 5) кгс, которую выдержал образец до разрушения.

4.1.6 После проведения испытаний разрушенные образцы высушивают в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния. Снова взвешивают. Рассчитывают влажность образцов при проведении испытаний. Все результаты записывают в таблицу 4.1.

 

Рисунок 4.1 – Образец древесины для определения предела прочности

при сжатии вдоль волокон

 

Таблица 4.1 – Характеристика образцов и результаты испытаний

Маркировка образца	Порода	Масса образца, г	Влажность образца, %	Температура образца, ^0С	Размер образца, мм	Максимальная нагрузка, кгс	Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа
началь- ная	после высушивания	a	b	[σ]w	[σ]12

 

4.1.7 Предел прочности при сжатии вдоль волокон, кгс/см², рассчитывают по формуле

, (4.1)

где Рmax -максимальная нагрузка, кгс;

a - размер образца в тангенциальном направлении, см;

b - размер образца в радиальном направлении, см.

Для перевода полученной величины предела прочности древесины из размерности кгс/см² в МПа, используют следующее соотношение: 1 кгс/см² = 0,1 МПа.

4.1.8 Полученное значение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон при установленном значении начальной влажности (таблица 4.1) следует пересчитать для значения влажности 12 %. Пересчет выполняют по следующей формуле

 

[σ]₁₂ = [σ]_w [ 1 + a(W – 12)], (4.2)

 

где σ_w - предел прочности образца при сжатии вдоль волокон с влажностью в момент испытании, кгс/см²;

a - поправочный коэффициент на влажность, принятый для данного вида испытаний;

W - влажность образца в момент испытания, %.

В соответствие с ГОСТ 16183.10-73 поправочный коэффициент на влажность a принимают равным 0,04.

4.1.9 По внешнему виду образцов, которые были использованы при проведении опытов, необходимо определить характер разрушения древесины. Типичный характер разрушения древесины при сжатии вдоль волокон приведен на рисунке 4.2.

При испытаниях мало прочной древесины, а также древесины с высокой влажностью, наблюдается только смятие образцов у торцов. В остальных случаях образуется косая складка на тангенциальной поверхности образца (рисунок 4.2 а, б). Изменения микроскопического строения происходят, как правило, только в зоне разрушения, а в остальном объеме образца древесина остается неповрежденной.

 

4.2 Определение предела прочности древесины при статическом изгибе

4.2.1Для экспериментов используют образцы древесины со средними размерами 20×20×300 мм (последний размер вдоль волокон), имеющих различную начальную влажность (выше и ниже W_пн) и температуру (-20) ^оС и (+ 20) ^оС.

 

 

А б

а - косая складка; б - встречные косые складки с продольным расколом

 

Рисунок 4.2 - Типичные виды разрушения образца при сжатии вдоль

волокон

 

4.2.2 Перед проведением экспериментов образцы маркируют. С помощью штангенциркуля на середине каждого образца определяют его точные размеры в поперечном сечении, точность измерений (±0,1) мм. На технических весах с точностью (± 0,01) г определяют их начальную массу. Все полученные характеристики образцов записывают в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2 – Характеристика образцов и результаты вычислений