Механические свойства пиломатериала

in ,


Механические свойства пиломатериала проявляются при воздействии на неё внешних
усилий в виде нагрузок. Пиломатериал, противодействуя воздействию нагрузки,
переходит в напряженное состояние. При этом пиломатериал деформируется (сжимается,
растягивается, изгибается, скручивается), а при преодолении сил сопротивления
древесных частиц – разрушается.

Механические свойства пиломатериала зависят от породы, возраста,
индивидуальных условий роста и положения дерева в древостое. По указанным
причинам механические свойства пиломатериала определяются принятыми возрастами рубок
главного пользования древесиной. Механические свойства пиломатериала от рубок ухода
(получаемой при промежуточном пользовании) значительно ниже, чем у пиломатериала от
рубок главного пользования. Наиболее высокие показатели механических свойств
пиломатериала сосны выявлены у 150-170-летних сосен таежной зоны, выросших при
стабильной полноте 0,8-0,9 в зеленомошной группе типов леса. Прочная древесина
лиственных пород формируется при росте на глубоких и богатых почвах. При
ненормальных условиях роста – при постоянном ветровом воздействии, росте в
изогнутом состоянии, из-за развития реактивной древесины показатели механических
свойств резко изменяются.

В отличие от металлов силы сопротивления пиломатериала в разных
направлениях различные. Механические свойства вдоль волокон значительно выше,
чем при воздействии сил нагрузки поперек волокон.

К механическим свойствам пиломатериала относятся прочность,
деформативность, технологические и эксплуатационные свойства.

Прочность – способность пиломатериала сопротивляться разрушению.
Деформативность – способность сопротивляться изменению размеров и формы.
Податливость механической обработке различными способами определяют
технологические свойства. Свойства ипломатериала с определенными показателями
механических свойств сохраняться в рабочем состоянии относят к эксплуатационным.
Внешние воздействия на пиломатериал, как в растущем дереве, так и в срубленном и
обработанном виде могут быть статическими (плавно возрастающими), ударными
(действующими внезапно, мгновенно полной величиной), вибрационными (попеременно
изменяющими направление и величину нагрузки) и долговременными (действующими
длительное время).

Под воздействием приложенной нагрузки в пиломатериале возникает
напряженное состояние, которые принято называть силами сопротивления.

Показатели механических свойств учитываются при
характеристике качеств материалов и изделий из древесины, которые подвергаются в
процессе производства, эксплуатации и ремонта сжимающим, растягивающие
изгибающим, крутящим и другим воздействиям. Таким же воздействиям подвергается
древесина стволов растущих деревьев. Под действием ветра стволы изгибаются
многократно, принимают наклонное положение или ломаются. Длительные
сопротивления приводят к образованию реактивной древесины, развитию сбежистости,
многовершинности, однобокой кроны. Действующие на древесину нагрузки могут быть
мгновенными или ударными, статическими (плавно возрастающими), длительными
постоянными (долговременными) вибрационными (меняющими величину и направление
воздействия) и долговременными. Более разрушительными являются многократные
знакопеременные (изменяющие свое направление), нагрузки. Ударным и статическим
нагрузкам древесина сопротивляется лучше.

На древесную часть изделий нагрузки прилагаются
перпендикулярно или касательно, при разных температурах, влажностях, при
воздействии биогенных факторов. К тому же массивная древесина неоднородна в
отличие от испытываемого на механические свойства образца. Напряжения на стволы
деревьев гасятся кроной. Максимальное напряжение, достигаемое перед разрушением
материала, называется пределом прочности. Оно измеряется в мегапаскалях (МПа).
Изменения формы и размеров образца древесины или формы дерева начинаются
деформацией. Связь между напряжениями и деформациями осуществляется через
упругие постоянные, так как древесина в определенной мере рассматривается как
упругое тело и подчиняющееся обобщенным законам Гука.

Технологичность – податливость обработке – пилению,
строганию, скалыванию, истиранию, чинке, свойство удерживать гвозди, шурупы и
другие.

Эксплуатационные механические свойства определяются
сохранностью прочностных характеристик при воздействии нагрузок в
эксплуатационных условиях во времени.

Прочностные и деформативные свойства пиломатериала определяются
испытанием специально изготовленных образцов на испытательных машинах, прошедших
поверочные испытания. Для каждого вида испытаний используются специальные
приспособления. С учетом анизотропии пиломатериала принято испытывать в направлении,
перпендикулярном к осям симметрии в ортотропных малых образцах.

Максимальную нагрузку, которую выдерживает образец перед
разрушением, называют пределом прочности. Нагрузка (сила), приходящаяся на
единицу площади, выражается в Ньютонах на I м2, или в Паскалях. Напряжения и
деформации пиломатериала, как в растущем дереве, а так и в срубленной древесине
возникают и без приложения внешних нагрузок вследствие неоднородного изменения
влажности при высыхании частей дерева при повреждении коры. Особенно они
проявляются при сушке, увлажнении и нагревании пиломатериалов. Напряжения,
возникающие перпендикулярно сечению образца, называются нормальными. Напряжения,
действующие в плоскости сечения образца, называются касательными.

Ветровальность, буреломность и снеголомность стволов деревьев
зависят от породы, строения корней и кроны, глубины корнеобитаемых горизонтов и
влажности почвы. При сильном ветровом воздействии дуб, клен, ильмовые не
вываливаются и не обламываются. Ель чаще вываливается. Сосна, осина, липа и
береза обламываются. Лесоводственные методы повышения ветроустойчивости лесов
путем формирования опушек, правильного выбора способов рубки леса помогают
сохранению в лесах деловой древесины с более высокими прочностными
характеристиками.
У пиломатериала при кратковременных нагрузках между напряжениями и
деформациями наблюдается почти линейная зависимость, соответствующая пределу
пропорциональности. При этом с приближением считается, что древесина подчиняется
известному закону Гука. Наиболее опасными напряжениями считаются растягивающие,
действующие поперек волокон. Они приводят к появлению в стволах растущих
деревьев метиковых и отлупных трещин, шильферон, а в обработанной древесине –
внутренних трещин, расположенных параллельно волокнам.

Пиломатериал по химической структуре представляет собой комплекс
полимеров с длинными цепными молекулами. Эта особенность строения пиломатериала
определяет характер ее поведения под воздействием нагрузок. При приложении
усилий к полимеру возникают три вида деформаций: упругие – вследствие обратимого
изменения средних расстояний между частицами; высокоэластичные – связанные с
обратимой перегруппировкой звеньев цепных молекул; вязкотекучие – «обусловленные
необратимым смещением молекулярных цепей». Под релаксацией понимается снижение
напряжения и деформации в пиломатериале, связанное с переходом частиц в равновесное
состояние. Реология – наука, изучающая методы исследования течения деформации
тел, обладающих пластичностью. В реологии древесины рассматриваются процессы,
связанные с необратимыми деформациями тел (ползучесть, последействия),
развивающимися во времени.

Часто релаксация сопровождается явлением гистерезиса, то есть
запаздыванием восстановления формы. Это свойство наиболее типично для пиломатериала.

Для крупных образцов пиломатериала, у которых нельзя пренебречь
кривизной годичных слоев, а также при отсутствии правильной ориентации сечений
элементов конструкции по отношению к годичным слоям (доски, бруски) определяют
пять независимых характеристик направлений деформации.

Испытания пиломатериала с исключением влияния кривизны годичных
слоев, пороков принято проводить на малых стандартизованных образцах
установленных размеров и форм. Методы механических испытаний пиломатериала
стандартизованы. Испытания для каждой исследуемой породы проводятся с уметом
влияния совокупности лесоводствениых факторов, возраста и положения дерева в
древостое, способов выращивания и с исключением видимых пороков пиломатериала.
Механические испытания проводят и с целью определения влияния на свойства
пиломатериала пороков, сушки, пропитки, воздействия температуры, влажности. К
исследованиям древесиноведческого порядка относится также и определение
показателей механических свойств древесины круглых и пиленых лесоматериалов,
заготовок с допустимыми в них пороками.

Результаты испытаний признаются достоверными лишь при
соблюдении единства измерений с установленной достоверностью. Для этого
техническим регламентом предусмотрено выполнение следующих требований:

соблюдение методик отбора модельных деревьев в конкретном
типе леса лесорастительного района, заданного возраста, происхождения;

принадлежности к наиболее распространенному по запасу, классу
роста по Крафту;

стандартной условной фаутности или более лучшей
характеристики;

правильный выбор места взятия кругов для заготовки образцов,
стандартных для данного вида испытаний форм и размеров;

выбор рекомендованной испытательной машины после поверки
поверочной службой;

соблюдение правил кондиционирования образцов, условий
проведения испытаний, вычисления полученных показателей свойств с заданной
доверитель ной вероятностью и отбрасыванием грубых погрешностей.

В настоящее время методы определения показателей
физико-механических свойств древесины основываются на соблюдении требований 40
стандартом (ГОСТ 36483.0-ГОСТ 16483.39).

Строгие требования к испытываемым образцам – соблюдение
параллельности к одной паре противоположных граней и перпендикулярности к
другой, совпадение направления волокон древесины с продольной осью образца –
направлены на получение показателей с наименьшими отклонениями для
доказательства принадлежности характеристик к одному ряду при меньших
возможностях проявления грубых погрешностей.

Механические свойства пиломатериала сильно зависят от влажности.
С увеличением влажности до предела насыщения (до 30 %) клеточных стенок
древесины, результаты механических испытаний будут заниженными. Выше предела
насыщения показатели механических свойств уже не изменяются, то есть остаются
такими же, как и при 30% влажности. Все полученные при испытаниях данные
приводятся к стандартизованной влажности. Такая величина равновесной влажности
древесины достигается в среднем при выдерживании испытываемых образцов при
температуре 20°+2°С и относительной влажности воздуха в помещении, где хранятся
образцы, 65%+5%.

После проведения испытаний сушкой в сушильной камере
определяют фактическую влажность образцов, и показатели механических свойств
приводят к влажности 12%.

Для придания образцу нормальной влажности требуется 1,5-2
месяца. Для ревизуемых товаров из древесины такой срок выдерживания неприемлем
как дни поставщика, так и для потребителя. Поэтому в стандартах предусмотрены
ускоренные методы приведения к стандартной влажности, по которым допускается
испытание образцов с влажностью, равной или выше предела насыщения неточных
стенок. У свежесрубленной древесины влажность всегда выше предела насыщения.

Для испытания кроме испытательных машин требуются
измерительные средства: микрометры, индикаторы, тензометры с погрешностью
линейных измерений 0,1 – 0,001мм.
При применении ускоренных методов образцы до и в процессе испытаний должны
находиться в условиях, исключающих изменение их начальной влажности.

Узнайте больше про пиломатериалы перейти к рубрикатору

Leave a reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *