Определение предела прочности древесины при статическом изгибе

 

10.1 Цель и содержание работы

 

Целью работы является ознакомление с методом определения предела прочности при статическом изгибе.

Содержание работы:

- изучение метода;

- определение предела прочности;

- обработку результатов и формулирование выводов.

 

Краткая теория

 

Благодаря высокой прочности при изгибе древесина часто используется для работы на изгиб в деревянных конструкциях и изделиях (балки, детали машин, мебели, тары).

Предел прочности древесины при статическом изгибе очень высок (таблица 10.1).

 

Таблица 10.1 – Прочность древесины при статическом изгибе

при влажности 12 % (Центральные районы Европейской части

России)

Порода	Предел прочности при стаическом изгибе, МПа
Сосна Ель Дуб Береза Осина Вяз Ясень

 

Различие прочности при радиальном и тангенциальном изгибах обнаруживается только для хвойных пород: предел прочности при тангенциальном изгибе может быть на 10…12 % выше, чем при радиальном.

Образцы для определения прочности древесины при статическом изгибе изготовляют в форме прямоугольной призмы с поперечным сечением 20´20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм.

 

Схема испытания прочности древесины при статическом изгибе приведен на рисунке 10.1.

 

Рисунок 10.1 – Схема испытания древесины на статический изгиб

 

В образце при нагружении возникают сжимающие напряжения в верхней его части и растягивающие в нижней. Поскольку прочность на сжатие вдоль волокон значительно меньше прочности на растяжение, разрушение начинается с образования складок в сжатой зоне образца. Окончательное разрушение происходит в растянутой зоне в виде разрыва или отслоения крайних волокон и полного излома образца.

При низкой прочности образца получается почти гладкий излом, при высокой – защепистый (особенно в растянутой зоне).

Предел прочности при статическом изгибе σ_w, Па, вычисляют по формуле

(10.1)

где l – расстояние между опорами, м;

b – ширина в радиальном направлении, м;

h – высота образца в тангенциальном направлении, м;

Р_max – величина максимальной нагрузки, Н.

Аппаратура и материалы

При выполнении работы применяют: испытательную машину Р-5, штангенциркуль, весы с точностью измерения не менее 0,01 г, сушильный шкаф, образцы древесины с поперечным сечением 20´20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм. Годовые слои на торцовых поверхностях должны быть параллельны одной паре противоположных граней и перпен­дикулярны другой. Смежные грани должны быть выполнены под прямым углом. Отклонения от номинальных размеров образца допускаются не более ±0,5мм. Образцы не должны иметь видимых пороков и дефектов.

Дополнительно используется специальное приспособление, состоящее из ножевых опор и нагружающего ножа.

 

Проведение работы

 

Нумеруют полученный образец двумя большими буквами, характеризующими фамилии студентов, выполняющих совместно эту работу;

- определяют породу древесины, используя определитель пород;

- измеряют штангенциркулем на средине образца размеры поперечного сечения (h – размер в тангенциальном направлении);

- устанавливают скорость нагружения машины – 10 мм/мин;

- устанавливают на штанге маятника сменные грузы А…Б;

- устанавливают на машине соответствующее приспособление;

- устанавливают образец на опорах так, чтобы изгибающее усилие было направлено по касательной к годовым слоям (изгиб тангенциальный), а ножи и опоры должны быть сим­метричны относительно середины длины образца;

- включают машину и доводят нагружение до разрушения образца;

- снимают измерения по шкале «Б» нагрузку P_max с точностью до цены деления шкалы;

- определяют характер разрушения;

- определяют влажность образца весовым методом.

- заносят результаты в журнал наблюдения (табл. 10.1).

Таблица 10.1 – Протокол испытаний при статическом изгибе

Маркировка образца	Порода	Скорость нагруже-ния, мм/мин	Размеры поперечного сечения, мм	Максимальная нагрузка Рmax, Н	Влажность, W, %	Предел прочности, МПа	Характер разруше-ния
a	h	sW	s12

 

Обработка результатов

 

Определяют по формуле 10.1 предел прочности;

- определяют по формуле 6.2 предел прочности при нормализованной влажности;

- формулируют выводы.

 

 

10.6 Контрольные вопросы

1. Значимость показателя прочности древесных материалов при стати­ческом изгибе?

2. Влияние влажности древесины на ее прочностные показатели?

3. Влияние плотности древесины на ее прочностные показатели?

4. Вариативность прочности древесных материалов. Причины различия прочности?

5. Влияние направления волокон древесины на прочностные характе­ристики?