13. Влияние влажности на механические свойства древесины

При повышении влажности древесины от нулевой до точки насыщения волокон примерно до 30% ее прочность, в том числе и длительная, уменьшается, деформативность увеличивается и модуль упругости снижается. В наименьшей степени влажность влияет на ударную прочность древесины и на прочность при растяжении вдоль волокон. В других случаях влияние влажности сравнительно велико и при ее изменении на 1% прочность меняется на 3-5 %. Повышение влажности древесины свыше точки насыщения волокон не приводит к дальнейшему снижению ее прочности.

Для сравнения прочности древесины надо показатели прочности приводить к одной влажности. Приведение к стандартной влажности (12%) производят по формуле: σ₁₂ = σ_W[1+α (W-12)],

σ₁₂ – предел прочности при влажности 12%, W – влажность в момент испытания, σ_W – предел прочности при влажности в момент испытания, α – поправочный коэффициент (0,05 – сжатие вдоль волокон, 0,04 – статический изгиб, 0,03 – скалывание вдоль волокон).

Формула приведения действительна в пределах изменения влажности 8-23%.

Влажность определяют взвешиванием до и после высушивания до постоянного веса в сушильном шкафу образцов небольших размеров.

14. Влияние температуры на механические свойства древесины

Опыты показывают, что предел прочности при любой влажности зависит от температуры, с ее повышением прочность уменьшается, с понижением – увеличивается. При большой влажности и отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед, получается так называемая замороженная древесина, прочность которой на сжатие, поперечный изгиб, скалывание и раскалывание возрастает. В то же время замороженная древесина становится более хрупкой, и сопротивление ее ударному изгибу понижается.

Модуль упругости при повышении температуры понижается, что увеличивает деформативность деревянных конструкций.

При экспериментальном определении прочности древесины следует учитывать не только ее влажность, но и температуру. Предел прочности при данной температуре к прочности при стандартной температуре 20⁰С можно пересчитывать по формуле: σ₂₀ = σ _t +β(t -20),

σ₂₀ – искомая прочность при t=20⁰C, σ _t – прочность при данной температуре, β – поправочное число на температуру (сосна: 3,5 – сжатие вдоль волокон, 4,5 – статический изгиб, 0,4 – скалывание, 4 – растяжение).

Формула приведения действительна в пределах положительных температур 10-50⁰С. Перерасчет к температуре 20⁰С должен производится после перерасчета к влажности 12%.

15. Длительная прочность древесины

Если серию одинаковых деревянных образцов загрузить, например на изгиб, различной по значению постоянной нагрузкой, то разрушение их произойдет через разные промежутки времени – чем больше нагрузка, тем скорее разрушится образец. При этом может оказаться, что часть образцов вообще не разрушится, как бы долго нагрузка ни действовала. Представив результаты таких испытаний графически в координатах «предел прочности – время до разрушения», получим асимптотическую кривую, по которой можно определить, сколько времени пройдет от начала нагружения до разрушения образца, находящегося под тем или иным напряжением. Асимптотический характер кривой показывает, что предел прочности с увеличением длительности приложения нагрузки хотя и падает, но не безгранично – он стремится к некоторому постоянному значению σ_дл, равному ординате асимптоты кривой. Кривая называется кривой длительного сопротивления древесины; σ_дл характеризует то предельное значение напряжения, под действием которого образец не разрушится, как бы долго нагрузка ни действовала.

Асимптота на кривой длительного сопротивления делит весь диапазон изменения нагрузки на две области – область ниже асимптоты с σ < σ_дл , в которой разрушение образца не произойдет, как бы долго ни действовала нагрузка, и область выше асимптоты с σ > σ_дл , где разрушение с течением времени неизбежно и где оно произойдет тем скорее, чем больше σ превышает σ_дл.

Две области кривой различаются также по характеру зависимости деформации от времени при заданном значении действующей нагрузки. Так, при напряжении σ < σ_дл деформации с течением времени затухают, стремясь к некоторому пределу, а при σ > σ_дл после некоторого уменьшения скорости деформаций наступает развитие деформаций с постоянной скоростью. Далее, в момент времени t₁ начинается ускоренный рост деформаций, приводящий к разрушению материала.

Древесина обладает свойством последствия (ползучести), т.е. роста деформаций в течении некоторого времени после приложения нагрузки. Примером последствия на практике может служить провисание балок, находящихся долгое время под эксплуатационной нагрузкой.

Длительное сопротивление является показателем действительной прочности в отличии от предела прочности, определяемого быстрыми испытаниями на машине стандартных образцов. Переход от предела прочности к длительному сопротивлению производится умножением предела прочности на коэффициент длительности сопротивления, равный отношению предела длительного сопротивления к пределу прочности. По опытным данным, коэффициент длительности сопротивления может быть принят 0,5-0,6.