Прочность древесины.

Прочностью называется способность дре­весины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Проч­ность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плот­ности, влажности, наличия пороков. Она характеризуется пределом прочности — на­пряжением, при котором разрушается обра­зец.

Существенное влияние на прочность дре­весины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении связанной влаги прочность дре­весины уменьшается (особенно при влаж­ности 20—25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины.

Кроме влажности на показатели меха­нических свойств древесины оказывает вли­яние и продолжительность действия нагру­зок. Поэтому при проведении испытаний древесины придерживаются заданной ско­рости нагружения на каждый вид испыта­ния. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Предел прочности при растяжении. Сред­няя величина предела прочности при растя­жении вдоль волокон (ГОСТ 16483.23 — 73) для всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности. Прочность древесины при растяжении  поперек волокон (ГОСТ, 16483.28 — 73) очень мала и в среднем составляет ¹/₂₀ часть  от предела прочности при растяжении вдоль волокон, т. е. 6,5 МПа. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работаю­щих на растяжение поперек волокон. Проч­ность древесины поперек волокон имеет зна­чение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии (ГОСТ I 16483.10 — 73). Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом уко­рочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдель­ных волокон; во влажных образцах и образ­цах из мягких и вязких пород оно про­является как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твердой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой. Прочность древесины при сжатии попе­рек волокон ниже, чем вдоль волокон, при­мерно в 8 раз. При сжатии поперек волокон  не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза. Древесину испытывают на сжатие попе­рек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широ­кими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии вы­ше в полтора раза, чем при тангенциаль­ном; у хвойных, наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Предел прочности при статическом изги­бе (ГОСТ 16483.3 — 73). При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напря­жения сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно по середине высо­ты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной, в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой  зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. Прочность при изгибе в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, на­зывают сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперек волокон и перерезание. Прочность при скалывании вдоль волокон составляет ¹/₅  часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), скалывание по тангенциальной плоскости на 10—30% выше, чем по радиальной. Предел прочности при скалывании попе­рек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перере­зании поперек волокон в четыре раза выше прочности при скалывании вдоль волокон.

 

Показатели физико-механических свойств древесины основных пород. Порода Предел прочности, МПа, при Торцовая твердость, МПа   Ударная    вязкость,         Дж/м2*     сжатии           вдоль            волокон статическом изгибе      скалывании вдоль                       волокон   радиальном тангенциаль­ном Сосна обыкновенная          49 86 7,5 7,3  29    41 202            21 50 4,3 4,5 14    35 316 Сосна кедровая          42 74 6,6 7,0 22   31 392            19 43 4,0 4,3 тт   25 506 Лиственница          65 112 9,9 9,4 44   51 993            26 62 6,3 5,8 21   43 164         Ель         45 80 6,9 6,8 26   39 240           20 44 4Д 4,4 12   33 354 Пихта сибирская          39 69 6,4 6,5 28   29 430            18 41   4,2 13   25 506         Граб          60 137 15,6 19,4 91   99 081            27  74 8,8 10,4 54   84 366        Ясень           59 123 13,9 13,4 80   88 290             33 75 9,4 8,7 48   74 556  Орех грецкий           55 110 11,0 11,6 —   74 556            24 61 5,9 6,1     62 784         Береза          55 110 9,3 11,2 47   93 195            23 60 5,0 5,9 28   78 480            Бук         56 109 11,6 14,5 61   80 442           26 65 7,0 8,9 37   68 670            Дуб         58 108 10,2 12,2 68   76 518           31 68 7,6 9,0 40   64 746             Вяз         48 96 9,1 10,2 56   93 195           25 59 6,5 7,3 34   78 480           Липа         46 88 8,6 8,1 26   57 879           24 54 5,6 5,0 16   49 050           Осина         43 78 6,3 8,6 27   84 366           19 46 3,6 5,0 16   72 594

 

В числителе даны показатели при влажности 12%, в знаменателе — при влажности 30% и более.