2. Тема
Классификация механических свойств
древесины. Цели и особенности
механических испытаний древесины.
3. Прочность
Прочностью называется способность
материала сопротивляться разрушению
под действием нагрузки.
Прочность древесины зависит от
направления действия нагрузки,
породы дерева, плотности, влажности,
наличия пороков.
4. Влияние на прочность
Существенное влияние на прочность
древесины оказывает только связанная влага,
содержащаяся в клеточных оболочках. При
увеличении количества связанной влаги
прочность древесины уменьшается (особенно
при влажности 20...25%).
Дальнейшее повышение влажности за предел
гигроскопичности (30%) не оказывает влияния
на показатели прочности древесины.
Показатели пределов прочности можно
сравнивать только при одинаковой влажности
древесины.
5. Прочность древесины зависит от
влажности и объемной массы.
При увеличении влажности ее прочность
уменьшается.
Плотная сухая древесина более прочная,
чем легкая и рыхлая.
Неодинакова прочность древесины в
различных местах ствола.
Наиболее прочна древесина комлевой
части ствола, имеющая большую объемную
массу.
На каждые 6 м предел прочности
древесины (от комля к вершине)
снижается на 8%.
6. Нагрузки
На показатели механических свойств
древесины оказывает влияние и
продолжительность действия нагрузок.
8. Сжатие вдоль и поперек волокон
Прочность древесины при сжатии
поперек волокон ниже, чем вдоль
волокон примерно в 8 раз.
9. Сжатие вдоль волокон
Средняя величина
предела прочности при
сжатии вдоль волокон
для всех пород
составляет 500 кгс/см2.
10. Испытание
По силоизмерителю испытательной
машины отсчитывают максимальную
нагрузку Рмах, Н.
В среднем для всех отечественных
пород при влажности древесины 12%
предел прочности на сжатие вдоль
волокон составляет около 50 МПа
11. Предел прочности б, Мпа
бw = Pmax / (a * b),
где (a * b) - площадь сечения образца,
мм2.
13. Радиальное Тангентальное
У лиственных пород
с широкими
сердцевинными
лучами (дуб, бук,
граб) прочность при
радиальном сжатии
выше в полтора
раза, чем при
тангентальном;
у хвойных -
прочность выше при
тангентальном
сжатии.
14. При сжатии поперек волокон
не всегда можно точно
установить момент
разрушения древесины и
определить величину
разрушающего груза.
15. Сжатие вдоль волокон
При сжатии вдоль волокон деформация
выражается в небольшом укорочении
образца.
Разрушение начинается с продольного
изгиба отдельных волокон, которое во
влажных образцах из мягких и вязких
пород проявляется как смятие торцов и
выпучивание боков,
а в сухих образцах и в твердой древесине
вызывает сдвиг одной части образца
относительно другой.
16. Сравнение
В среднем для всех пород
предел прочности при сжатии
поперек волокон составляет
1/10 предела прочности при
сжатии вдоль волокон
17. Вывод
Предел прочности
различных пород
при сжатии вдоль
волокон
Сосна
Лиственница
Ель
Береза
Граб
Предел прочности
различных пород при
сжатии поперек
волокон
Сосна
Лиственница
Ель
Береза
Граб
18. План
Название испытания
Форма образцов (рисунки)
Характеристика испытания
Формула предела прочности
Средняя величина предела прочности
Сравнение предела прочности
различных пород
20. Форма образцов обусловлена
стремлением обеспечить разрушение в
тонкой рабочей части, а не в месте
закрепления, под воздействием именно
растягивающих напряжений.
21. Сравнение
В среднем для всех пород
предел прочности при
растяжении вдоль волокон
равен 130 МПа, а предел
прочности при растяжении
поперёк волокон в 20 раз ниже.
24. Предел прочности при статическом
изгибе, МПа
бw = (3/2) * ((Pmax*l) / (b * h2)),
где Pmax - максимальная нагрузка, Н;
l - пролет, т.е. расстояние между
центрами опор, равный 240 мм;
b и h - ширина (в радиальном) и высота
(в тангенциальном) направлениях, мм.
25. При изгибе, особенно при
сосредоточенных нагрузках, верхние
слои древесины испытывают
напряжение сжатия, а нижние -
растяжения вдоль волокон.
Примерно посередине высоты элемента
проходит плоскость, в которой нет ни
напряжения сжатия, ни напряжения
растяжения.
26. Предел прочности
Предел прочности древесины зависит от
породы и влажности.
В среднем для всех пород предел
прочности при изгибе составляет 1000
кгс/см2 (100 Мпа), то есть в 2 раза
больше предела прочности при сжатии
вдоль волокон.
27. Деформативность
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 жесткая древесина.
28. С увеличением содержания связанной
воды и температуры древесины, жесткость
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.
29. Деформативность
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
30.
31. Тема
Эксплуатационные и технологические
свойства: ударная вязкость, твердость,
способность удерживать металлические
крепления, способность к гнутью,
способность раскалываться
ОК 3, 5, 6, ПК 1.1, 1.3
32. Общие компетенции
ОК 3. Принимать решения в стандартных и
нестандартных ситуациях и нести за них
ответственность
ОК 5. Использовать информационно-
коммуникационные технологии в
профессиональной деятельности
ОК 6. Работать в коллективе и в команде,
эффективно общаться с коллегами,
руководством, потребителями
33. Профессиональные компетенции
ПК 1.1 Участвовать в разработке
технологических процессов
деревообрабатывающих производств,
процессов технологической подготовки
производства, конструкций изделий с
использованием САПР.
ПК 1.3 Организовывать ведение
технологического процесса изготовления
продукции деревообработки.
34. Эксплуатационные и
технологические свойства
Прочность древесины при длительных
постоянных нагрузках важно знать в связи
с применением её в строительных
конструкциях.
Показателем этого свойства является
предел длительного сопротивления бд.с.,
который в среднем для всех видов
нагрузки составляет примерно 0,5 - 0,6
величины предела прочности при
кратковременных статических испытаниях.
35. Эксплуатационные и
технологические свойства
Показателем прочности при переменных нагрузках
является предел выносливости, средняя величина
которого составляет примерно 0,2 от статического
предела прочности.
При проектировании деревянных конструкций в
расчётах используют не пределы прочности малых
образцов древесины, а в несколько раз меньшие
показатели - расчётные сопротивления.
Они учитывают большие размеры элементов
конструкций, наличие пороков древесины,
длительность действия нагрузки, влажность,
температуру и другие факторы
36. Сдвиг
Внешние силы, вызывающие
перемещение одной части детали по
отношению к другой, называют сдвигом.
Различают три случая сдвига:
скалывание вдоль волокон, поперек
волокон и перерезание.
37. Предел прочности древесины на сдвиг (скалывание) -
это способность ее сопротивляться перемещению
вдоль и поперек волокон.
Прочность на скалывание поперек волокон больше,
чем вдоль волокон
а - вдоль волокон; б -
перпендикулярно волокнам
39. Скалывание вдоль волокон
При испытаниях к образцу прикладывают
две равные и противоположно
направленные силы, вызывающие
разрушение в параллельной им плоскости,
происходит сдвиг.
40.
Предел прочности при скалывании вдоль
волокон определяют по формуле:
Tw = Pmax / (b * l),
где (b * l) - площадка скалывания, мм2.
Величина предела прочности - касательных
максимальных напряжений при скалывании
вдоль волокон в среднем для всех пород
составляет примерно 1/5 от предела
прочности при сжатии вдоль волокон.
Предел прочности при скалывании поперёк
волокон в 2 раза меньше, а предел
прочности при перерезании поперёк
волокон в 4 раза больше, чем предел
прочности при скалывании вдоль волокон
41. Направление сип в деревянной
конструкции, находящейся под нагрузкой
1 - сдвиг на скалывание; 2 - сжатие; 3 - растяжение;
4 - изгиб; 5 - сжатие
42. Твердость
Твердостью называется способность
древесины сопротивляться
проникновению в нее твердых тел.
Увеличение объемной массы древесины
повышает ее твердость и увеличивает
трудоемкость обработки.
43. Твердость торцовой поверхности выше
тангентальной и радиальной на 30% у
лиственных пород и на 40% - у хвойных.
На величину твердости оказывает влияние
влажность древесины.
При изменении влажности древесины на
1% торцовая твердость изменяется на 3%,
а тангентальная и радиальная - на 2%.
44. По степени твердости породы
при W=12% - три группы:
мягкие (торцовая твердость 385 кгс/см2
и менее) - сосна, ель, кедр, пихта,
тополь, липа, осина, ольха;
твердые (торцовая твердость от 386 до
825 кгс/см2) - лиственница сибирская,
береза, бук, вяз, ильм, карагач, клен,
яблоня, ясень;
очень твердые (торцовая твердость
более 825 кгс/см2) - акация белая,
береза железная, граб, кизил, самшит.
45. Твердость древесины имеет
существенное значение при обработке
ее режущими инструментами:
фрезеровании, пилении, лущении, а
также в тех случаях, когда она
подвергается истиранию при устройстве
полов, лестниц, перил.
46. Вопросы для самопроверки по механическим свойствам
1.Что такое предел прочности древесины?
2.В чем состоят особенности механических испытаний древесины?
3.В чем состоят реологические свойства древесины и от чего они зависят?
4.Чем объясняется неоднородность механических свойств древесины в разных
направлениях?
5. Как производится испытание древесины на сжатие вдоль и поперек волокон?
6. Как производится испытание древесины на растяжение вдоль и поперек волокон?
7. Как определяется предел прочности древесины при статическом поперечном
изгибе?
8. Охарактеризуйте прочность древесины при сдвиге.
9. Как определяется ударная вязкость древесины?
10. Как производится определение статической и ударной твердости древесины?
11. Что называется пределом выносливости и пределом долговременного
сопротивления древесины и как они определяются?
12.Как древесина удерживает крепления, работает на истирание, поддается загибу?
13. Что такое расчетные сопротивления древесины и как они устанавливаются?
14.Что такое удельные характеристики механических свойств древесины?
48. Применение древесины в качестве
конструкционного материала
обусловлено способностью
сопротивляться действию усилий -
механическими свойствами.
49. Различают следующие свойства
древесины, проявляющиеся под
воздействием механических
нагрузок: прочность -
способность сопротивляться
разрушению, деформативность -
способность сопротивляться
изменению размеров и формы,
технологические и
эксплуатационные свойства.
50. Показатели механических
свойств древесины определяют
обычно при следующих видах
испытаний:
растяжении,
сжатии,
изгибе и сдвиге.
51. Древесина - анизотропный
материал, т.е. материал с
различными свойствами в разных
направлениях.
Направление действия нагрузок:
вдоль или поперек волокон (в
радиальном или тангенциальном
направлении).
52. Прочность при сжатии
определяется на образцах
призматической формы.
Образец постепенно
нагружают до разрушения.
Затем по силоизмерителю
испытательной машины
отсчитывают максимальную
нагрузку.
53. При испытаниях к образцу
прикладывают две равные и
противоположно направленные
силы, вызывающие разрушение в
параллельной им плоскости,
происходит сдвиг. Различают три
вида испытаний на сдвиг:
скалывание вдоль волокон,
скалывание поперёк волокон и
перерезание древесины поперёк
волокон.
