Длительная прочность и сопротивление усталости древесины
Способность древесины сопротивляться разрушению от длительно действующих и периодически изменяющихся нагрузок явилась предметом многочисленных исследований в связи с применением древесины в строительных конструкциях.
Прочность древесины при длительных постоянных нагрузках. Исследованию прочности древесины при длительно действующих нагрузках и ее связи с возникающими при нагружении деформациями явилось установление величины предела прочности при длительном действии нагрузок в направлении вдоль волокон. Характер изменения прочности древесины в зависимости от времени действия нагрузки отражает кривая, асимптотически приближающаяся к прямой, соответствующей напряжению, называемому пределом долговременного сопротивления. В среднем для всех видов напряженного состояния предел долговременного сопротивления составляет примерно 0,5-0,6 величины предела прочности при кратковременных статических испытаниях.
Н.Л. Леонтьев предложил устанавливать предел прочности при любой заранее заданной продолжительности нагрузки по формуле: στ=σст+α(lgτст-lgτ), где στ - предел прочности при данной продолжительности действия нагрузки, МПа, σст - предел прочности при стандартных испытаниях, МПа; τст - время, потребное для разрушения образца при стандартных испытания, α - поправочное число, МПа.
Ю.М. Иванов использовал для обобщения имеющихся данных о влиянии времени нагружения на прочность древесины разработанную акад. С.Н. Журковым и его последователями кинетическую теорию прочности твердых тел. Это позволяет объяснить разрушение древесины развивающимся во времени процессом накопления повреждений, происходящих на молекулярном уровне Снижение прочности древесины при длительном действии нагрузки учитывается при расчете строительных конструкций.
Прочность древесины при переменных нагрузках. Некоторые деревянные конструкции во время эксплуатации подвергаются воздействию переменных по величине и направлению, т е. вибрационных, нагрузок. Частота колебаний при этом обычно менее 50 Гц. При таких низкочастотных механических воздействиях в древесине возникают необратимые остаточные деформации, вызванные повреждениями на молекулярном уровне. Вследствие большого количества циклов нагрузки, эти повреждения накапливаются и приводят к разрушению древесины, даже если величина напряжений сравнительно невелика, это явление называют - усталостью древесины.
По характеру изменения величины и знака напряжений циклы могут быть симметричными и асимметричными: знакопеременными и знакопостоянными.
Испытания древесины на усталость проводят на специальных машинах, поддерживающих заданный закон нагружения. В момент разрушения образца по счетчику определяют общее число циклов. Испытывают несколько серий образцов при различной величине напряжений цикла и строят кривую усталости, напоминающую кривую длительного сопротивления. В опытах К.К. Симинского и др. испытания древесины на усталость проводились на образцах круглого сечения, подвергавшихся переменному изгибу при вращении. Усталостные испытания древесины с учетом ее анизотропии провел А.А Поздняков на клееных образцах из березового шпона с параллельным расположением волокон (параллельная фанера).
Обычно определяют ограниченный предел выносливости для заданного числа циклов. Число циклов, или база усталостных испытаний, задается при этом из условий работы материала в той или иной конструкции.