9.3. Определение механических свойств древесины

Прочность древесины определяют путем испытания малых, чистых (без пороков) образцов. Она характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании.

Древесина - анизотропный материал, что обусловлено ее волокнистым строением. В зависимости от направления действия силы механические свойства ее различны. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 5-10 раза больше, чем поперек, а при растяжении вдоль волокон в 20-30 раз больше, чем поперек. Прочность на изгиб больше, чем на сжатие, но меньше чем на растяжение [σ_сж<σ_u<σ_раст]. Прочность при скалывании поперек волокон в 3-4 раза больше, чем вдоль.

А. Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Производят на образцах-призмах размером 20х20х30 мм (Рис9.8) на гидравлическом прессе мощностью 5…10 т и рассчитывают в МПа по формуле:

R_сж = 0,1 Р_разр/ab,

где Р_разр – разрушающая нагрузка, кгс;

a, b – размеры поперечного сечения образца, см.

Рис 9.8 Образец для испытания на сжатие вдоль волокон

Перед испытанием контролируют размеры образца с точностью до 0.1мм, устанавливают на опорной плите пресса и испытывают на сжатие до разрушения. Средняя скорость нагружения 25±5 кН/мин.

Б. Определение предела прочности при статическом изгибе.

Производят на образцах-балочках размером 20х20х300 мм и расчитывают в МПа по формуле:

R_изг = 0,1Р_разрl/bh²,

где Р_разр – разрушающая нагрузка, кгс;

l = 20 см – расстояние между опорами;

b – ширина сечения, см;

h – высота сечения, см.

Схема испытания представлена на рис. 9.9

Рис 9.9. Схема установки образца древесины при испытании на статический изгиб: 1-образец, 2-два подвижных ножа, 3- опоры.

Поперечное сечение образца измеряют в средней части образца с точностью до 0.1мм. Образец устанавливают на опоры, расстояния между которыми 240мм. Нагрузку передают через два подвижных ножа с радиусом закругления 15мм, расстояние между которыми 80мм.

Испытание проводят на гидравлическом прессе со средней скоростью нагружения 7±1,5кН/мин до разрушения.

В. Определение предела прочности при скалывании вдоль волокон

R_ск = 0,1 Р_разр/S_скал,

где S_cкал – площадь скалывания, см².

Рис 9.10. Форма и размеры образцов для опредления предела прочности при скалывании по плоскостям

Испытание проводят на образцах, имеющих форму и размеры, приведенные на рис.9.10 Плоскость скалывания должна быть радиальной или тангентальной. S_скал=b*l. Образец закрепляют в специальном приспособлении и устанавливают на опорную плиту пресса так, чтобы верхняя торцевая плоскость образца была в центре приложения нагрузки. Средняя скорость нарастания нагрузки 12,5 кН/мин. Образец доводят до разрушения.

Механические свойства древесины зависят от влажности, поэтому для получения сравнимых результатов прочность древесины при фактической (равновесной) влажности пересчитывают на прочность при стандартной (12%) влажности по формуле:

R₁₂ = R_w(1+α (w-12)),

где R₁₂ и R_w – пределы прочности при равновесной w и стандартной (12%) влажности;

α – поправочный коэффициент.

Коэффициент α принимают:

• при испытании на сжатие вдоль волокон α=0,05 - для сосны, кедра, лиственницы, бука, ясеня, березы.

• α=0,04 - для ели, пихты, дуба и др.

• при испытании на статический изгиб α=0,04 - для древесины всех пород.

• При испытании на скалывание α=0,03 - для древесины всех пород.

Изучение механических свойств древесины заканчиваются сопоставлением R_сж, R_изг, R_ск и выводами.