|
Прочностью называется способность
древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок.
Прочность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы
дерева, плотности, влажности, наличия пороков. Она характеризуется пределом
прочности — напряжением, при котором разрушается образец.
Существенное влияние на прочность древесины оказывает
только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении
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.
Кроме влажности на показатели механических свойств
древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок. Поэтому
при проведении испытаний древесины придерживается заданной скорости
нагружения на каждый вид испытания.
Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие,
изгиб, скалывание.
Предел прочности при растяжении. Средняя величина предела
прочности при растяжении вдоль волокон (ГОСТ 16483.23—73) для всех пород
составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает
большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного
расположения волокон вызывает снижение прочности.
Прочность древесины при растяжении поперек волокон (ГОСТ
16483.28—73) очень мала и в среднем составляет 1/2о предела прочности при
растяжении вдоль волокон, т. е. 6,5 МПа. Поэтому древесина почти не
применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность
древесины поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и
режимов сушки древесины.
Предел прочности при сжатии (ГОСТ 16483.10—73). Различают
сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация
выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с
продольного изгиба отдельных волокон; во влажных образцах и образцах из
мягких и вязких пород оно проявляется как смятие торцов и выпучивание боков,
а в сухих образцах и в твердой древесине вызывает сдвиг одной части образца
относительно другой.
Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем
вдоль волокон, примерно в восемь раз. При сжатии поперек волокон не всегда
можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину
разрушающего груза.
Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в
радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими
сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в
полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных, наоборот, прочность выше при
тангенциальном сжатии.
Предел прочности при статическом изгибе (ГОСТ 16483.3—84).
При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины
испытывают напряжения сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно
по середине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения
сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней
возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии
меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне.
Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве
крайних волокон.
Предел прочности древесины зависит от породы и влажности.
Прочность при изгибе в два раза больше предела прочности при сжатии вдоль
волокон.
Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие
перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом.
Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперек волокон и
перерезание.
Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1 /5
прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие
сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), скалывание по тангенциальной плоскости на
10...30 % выше, чем по радиальной.
Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в
два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность
древесины при перерезании поперек волокон в четыре раза выше прочности при
скалывании вдоль волокон.
нии влажности древесины на 1 % торцовая твердость
изменяется на 3 %, а тангенциальная и радиальная — на 2 %.
По степени твердости торцовой поверхности все древесные
породы при 12 %-ной влажности можно разделить на три группы: мягкие (торцовая
твердость 40 Н/мм2 и менее) — сосна, ель, кедр, пихта, тополь, липа, осина,
ольха; твердые (торцовая твердость от 40 до 80 Н/мм2) — лиственница
сибирская, береза, бук, вяз, ильм, карагач, клен, яблоня, ясень; очень
твердые (торцовая твердость более 80 Н/мм2) — акация белая, береза железная,
граб, кизил, самшит, тис и др.
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. \
Способность древесины удерживать металлические крепления.
При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно волокнам они частично
перерезаются, частично изгибаются; волокна древесины раздвигаются и оказывают
на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее
гвоздь в древесине. При испытании древесины определяют усилие в ньютонах или
удельное усилие в мега- паскалях, необходимое для выдергивания гвоздя или
шурупа данных размеров.
|