Контрольная работа: Древесиноведение
Древесина
Сушка при t=103±2о С
0
Определить начальную влажность образца Wн и влажность после подсушивания W, если его начальная масса mн , масса после досушивания mw и в абсолютно сухом состоянии mо соответственно равны: 6,28 г, 5,23 г и 4,24 г.
Начальную влажность находим по формуле: mо = 100 * mн / Wн + 100, отсюда
Wн = 100 * mн / mо - 100 = 100 * 6,28 / 4,24 – 100 = 48,1 %
Влажность после досушивания находим по формуле:
W = mw - mо / mн = 5,23 – 4,24 / 6,28 = 15,8 %
Вопрос № 24. Прочность древесины при растяжении вдоль и поперек волокон. Форма и размеры образцов. Чем объясняется разница в прочности древесины при растяжении вдоль и поперек волокон?
Определить прочность образца из древесины сосны при сжатии вдоль волокон и привести её к нормализованной влажности W = 12%, если размеры образца стандартные, максимальная нагрузка 7800 Н, а влажность в момент испытания 32%. Поправочный коэффициент К=2,25.
Для определения прочности при растяжении древесины вдоль волокон применяют образцы довольно сложной формы с массивными головками, которые зажимают в клиновидных захватах машины, и тонкой рабочей частью. Форма, размеры образца и схема его крепления см. на рисунке:
При такой форме образца предупреждается возможность его разрушения в местах крепления от сжатия поперек волокон и скалывании вдоль волокон. Переход от головок к рабочей части образца делают плавным во избежание концентрации напряжений. Заготовки для образцов получают путем выкалывания (а не выпиливания), чтобы не допустить перерезания волокон. Рабочая часть образца должна захватывать как можно больше годичных слоев, поэтому её широкая грань совпадает с радиальным направлением. Допускается изготовлять образцы с наклеенными головками.
Перед испытанием измеряют толщину а и ширину b рабочей части образцов с погрешностью до 0,1 мм и в отверстия головок вставляют стальные пробки диаметром 9,9мм. Длина пробок на 3 или 2 мм (соответственно для древесины мягких и твердых пород) меньше толщины головки. Пробки предотвращают чрезмерное смятие головок во время испытаний.
Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон сравнительно слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении волокон от направления продольной оси образца. В среднем для всех пород предел прочности на растяжение вдоль волокон 130 МПа. Несмотря на столь высокую прочность, древесина в конструкциях и изделиях довольно редко работает на растяжение вдоль волокон из-за трудности предотвращения разрушения деталей в местах закрепления (под действием сжимающих и скалывающих нагрузок).
Поныне действующему стандарту для испытаний древесины на растяжение поперек волокон рекомендуется образец, форма и размеры которого показаны на рисунке ниже. Этот образец по форме напоминает образец для испытаний на растяжение вдоль волокон. Однако в данном случае образцы крепятся в винтовых захватах с плоской стороны, чтобы сжимающие усилия были направлены вдоль волокон.
Затруднения, возникающие при изготовлении образца сравнительно большой (для плоскости поперек волокон) длины, могут быть уменьшены путем использования клееных образцов. В клееных образцах центральный участок из исследуемой древесины должен иметь длину не менее 90 мм и включать в себя плоскую рабочую зону, криволинейные переходы и небольшую часть длины головок.
Для определения предела прочности при растяжении поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях образец изготовляют таким образом, чтобы годичные слои на плоской его стороне были направлены соответственно поперек (как показано на рисунке) или вдоль длины его рабочей части.
Исчерпывающих данных о сравнительной прочности древесины на растяжение поперек волокон для разных пород, установленных при использовании стандартной формы образца, еще нет, однако опыты, проведенные ранее с образцами, форма которых соответствовала ранее действовавшему стандарту, показывают, что прочность древесины в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных на 10-50%, у лиственных на 20-70%. В среднем прочность при растяжении поперек волокон для всех изученных пород составляет примерно 1/20 прочности при растяжении вдоль волокон.
При конструировании изделий из древесины стараются не допускать действия растягивающих нагрузок, направленных поперек волокон. Показатели прочности древесины при данном виде усилий необходимы для разработки режимов резания и сушки древесины. Именно эти величины характеризуют предельную величину сушильных напряжений, достижение которых вызывает растрескивание материала. При расчетах безопасных режимов сушки древесины учитывают зависимость пределов прочности от влажности и температуры, а также длительности приложения нагрузки (скорости нагружения).
Условный предел прочности при сжатии поперек волокон для всех пород в среднем примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Эта разница объясняется тем, что при сжатии поперек волокон возникает дополнительное сопротивление волокон древесины, тогда как при продольном сжатии сопротивление ограничивается силами упругости годичных слоев древесины. Иными словами, деформативность древесины при сжатии поперек волокон выше, чем при сжатии вдоль волокон.
Определить прочность образца из древесины сосны при сжатии вдоль волокон и привести её к нормализованной влажности W= 12%, если размеры образца стандартные, максимальная нагрузка 7800 Н, а влажность в момент испытания 32%. Поправочный коэффициент К=2,25.
Прочность образца из древесины сосны определяем по формулам:
sw = Рmax/а*b= 7800/20*20 = 19,5 МПа
В12 = В30 * К = 19,5 * 2,25 = 39 МПа
Вопрос № 38. Изменение свойств древесины под воздействием физических и химических факторов: сушки; положительной и отрицательной температуры; влажности; ионизирующих излучений; кислот, щелочей и газов; морской и речной воды.
Построить график влияния влажности на прочность древесины бука при сжатии вдоль волокон, если σ0% = 63,0 МПа; σ12% = 55,5 МПа; σ18% = 44,8 МПа; σ70% = 26,0 МПа.
В процессе сушки происходит воздействие на сырую древесину пара, нагретого сухого или влажного воздуха, токов высокой частоты и других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной воды. Правильно, при соответствующих режимах, проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.
Согласно данным ЦНИИМОДа, высокотемпературная сушка приводит к снижению механических свойств древесины. В меньшей степени снижается прочность при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе, в большей мере – при тангенциальном скалывании и весьма существенно уменьшается ударная вязкость древесины.
Резко сокращается продолжительность сушки при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого фактора на свойства древесины пока еще не установлена.
Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительных воздействиях температуры до 100 о С эти изменения, в основном, обратимы, т.е. они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.