Сопротивляемость материала внешним факторам воздействия называют в резьбе по дереву

Обновлено: 15.09.2024

Вертикальные статические нагрузки - это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, ее определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па (Паскаль) - 1 Н (Ньютон) на 1 м 2 поперечного сечения образца в месте разрушения.
Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангентальном направлении.
По направлению действия силы (нагрузок) различают прочность древесины на сжатие, изгиб, скалывание, растяжение. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Испытание механических свойств древесины на сжатие
а – вдоль волокон; б – поперек волокон – радиально; в – поперек волокон - тангентально;

Строительные нормы и правила в зависимости от пороков делят деревянные конструкции на три категории.
Предел прочности древесины на сжатие вдоль волокон высок у всех пород. Поперек волокон он значительно меньше.
Для хвойных твердо- и мягколиственных пород нормативную сопротивляемость рассчитывают по коэффициентам таблицы.

Сдвиг древесины
а – вдоль волокон; б – перпендикулярно волокнам;

Предел прочности древесины на сдвиг (скалывание) - это способность ее сопротивляться перемещению вдоль и поперек волокон (рисунок выше, а, б). Прочность на скалывание поперек волокон больше, чем вдоль волокон.

Сдвиг деталей
а – обыкновенный; б – двойной;

Прочность забитых гвоздей при растяжении зависит от вида сопряжения детали (рисунок выше). В первом случае оно в два раза меньше, чем при двойном.
Скалывание в деревянных конструкциях в узлах фермы действует совместно с силами на сжатие и изгиб.

Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой
1 – сдвиг на скалывание; 2 – сжатие; 3 – растяжение; 4 – изгиб; 5 – сжатие;

Направления сил в деревянной конструкции показаны на рисунке выше.
Прочность древесины зависит от влажности и объемной массы. При увеличении влажности ее прочность уменьшается. Плотная сухая древесина более прочная, чем легкая и рыхлая. Неодинакова прочность древесины в различных местах ствола. Наиболее прочна древесина комлевой части ствола, имеющая большую объемную массу. На каждые 6 м предел прочности древесины (от комля к вершине) снижается на 8%. Для древесины характерны эластичность и пластичность. Эластичность используется в рукоятках ручных инструментов, уменьшающих силу удара, например в ручке стамески.
Пластичность - способность древесины сохранять приданную ей форму после снятия приложенной нагрузки. Влажность и повышение температуры древесины увеличивают пластичность. Обработка древесины паром или горячей водой увеличивает ее пластичность, что находит применение в производстве гнутой мебели, лыж. Высокая пластичность у бука, вяза, дуба, ясеня, меньшая пластичность у хвойных пород из-за прямолинейной структуры волокон.
Хрупкость - это свойство древесины внезапно разрушаться под воздействием нагрузки. Хрупкой древесины не существует, это объясняется ее волокнистым строением.
Твердость древесины - это способность сопротивляться внедрению инородного тела. Увеличение объемной массы древесины повышает ее твердость и увеличивает трудоемкость обработки.
С увеличением влажности твердость древесины уменьшается. По твердости древесину подразделяют на твердую и мягкую. Твердые породы: граб, бук, дуб, клен, ясень, вяз, груша, орешник, ильм, лиственница и др., а наиболее твердые самшит и акация; мягкие: липа, ель, сосна, ольха и др.
Износостойкость - это способность древесины противостоять нагрузкам, возникающим в процессе трения (при эксплуатации полов, лестниц).
Износ древесины определяется стиранием поверхности при механических нагрузках в процессе эксплуатации и зависит от твердости и объемного веса древесины.

Древесина – это достаточно популярный материал, который находит свое применение в разнообразных сферах человеческой жизни. При этом далеко не каждый человек знает о том, что сырье обладает целым рядом уникальных характеристик. Сегодня в нашей статье мы подробно рассмотрим механические свойства древесины.

Особенности

Механические свойства древесины характеризуют общее качество материала и находятся с ним в прямо пропорциональном соотношении. К важнейшим показателям механической прочности относится способность дерева выдерживать нагрузки как статического, так и динамического типа.

Для того чтобы определить механические свойства, которыми обладает материал, его растягивают, сжимают, изгибают и сдвигают. При этом стоит иметь в виду тот факт, что древесину называют анизотропным материалом, соответственно, сырье может обладать различными свойствами в зависимости от того, в каком направлении на него оказывается воздействие. Всего существует 2 направления: радиальное и тангенциальное.

Что такое прочность и от чего зависит?

Важнейшая механическая черта древесины – это ее прочность. Прочностные характеристики оказывают прямое влияние на то, каким образом и на каком уровне материал может сопротивляться и противостоять нежелательным разрушениям.

Стоит отметить тот факт, что существует прямая зависимость между прочностью и направлением воздействия на древесину. Так, прочность сырья в 20 раз увеличивается при оказании воздействия вдоль волокон, чем если давление будет оказываться поперек.

Это интересно. Показатели допустимой прочности и ее пределы (как минимальные, так и максимальные) невозможно определить самостоятельно в домашних условиях. Подобные процедуры производятся исключительно в лабораторных условиях. При этом опыты и эксперименты осуществляются исключительно на основании действующих государственных нормативных актов.

Следует отметить тот факт, что на уровень прочности и упругости влияет уровень влажности. Так, при увлажнении происходят специфические реакции внутри древесины, которые уменьшают ее прочность. При этом данное положение является актуальным только в том случае, если уровень влаги поднимается до 25%. Дальнейшее увлажнение не отличается какими-либо существенными реакциями и не влияет на показатели прочности. Это понимают специалисты.

Для того чтобы сравнить показатели прочности разных пород, необходимо убедиться в том, что показатели их влажности являются идентичными – только в таком случае можно говорить об объективном и беспристрастном результате.

Помимо влажности при измерении прочности также важно обращать внимание на характер и продолжительность нагрузок. Так, например, статические нагрузки отличаются постоянством. Кроме того, для них характерно медленное и постепенное возрастание. С другой стороны, динамические нагрузки являются относительно короткими. Так или иначе, разрушать древесину могут и те, и другие нагрузки.

Стоит также иметь в виду, что показатели прочности, ее пределы и лимиты различаются в зависимости от конкретного вида деформации.

Растяжение. Если говорить о прочности древесины на растяжение, то данный показатель составляет 1 300 кгс/см2 (причем данный параметр является актуальным для всех сортов). В такой ситуации решающее значение имеет внутренняя структура древесины. Если волокна расположены правильно и структурировано, то прочность увеличивается (и наоборот). Прочность различается в зависимости от того, в каком направлении растягивают древесину – вдоль или поперек. В первом случае показатель довольно велик, а во втором – он в 20 раз меньше и составляет 65 кгс/см2. Именно в связи с такими механическими чертами дерево редко используется при создании изделий, которые работают на поперечное растяжение.

Сжатие. Как и любое другие воздействие на древесину, оно может осуществляться как в продольном, так и в поперечном направлении. Если говорить о сжатии вдоль волокон, то стоит отметить, что в данном случае порода будет укорачиваться (именно так и будет проявляться вовне процесс деформации). При этом также стоит учитывать, что прочность древесины, которую сжимают не вдоль, а поперек значительно уменьшается, конкретно – в 8 раз. В лабораторных условиях дерево сжимают в радиальном и тангенциальном направлениях. В ходе проведения подобных экспериментов учеными доподлинно было установлено, что прочность у различных пород при сжатии является неодинаковой. Так, более высокими показателями при радиальном сжатии отличаются породы с сердцевинными лучами. С другой стороны, хвойные деревья проявляют достаточно высокие показатели прочности даже при тангенциальном сжатии.

Статический изгиб. Отличительная черта такого типа воздействия, как статический изгиб, состоит в том, что различные слои древесины получают различное воздействие, а именно – верхние слои древесины получают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Между верхними и нижними слоями находится особый слой, который не испытывает какого-либо давления. Традиционно этот слой называют нейтральным. Изначально разрушение материала начинается в нижней растянутой зоне, в связи с чем разрываются крайние волокна древесины. Существует средний показатель прочности, который характерен для большого количества древесных пород, он составляет 1 000 кгс/см2 (при этом могут существовать отклонения от данного показателя в зависимости от уникальных показателей каждой конкретной породы, а также от уровня влажности).

Сдвиг. По существу, сдвиг – это деформация, которая представляет собой смещение одной части по отношению к другой. Существует несколько разных типов сдвига: скалывание (оно может происходить в любом направлении), а также перерезание. В этом случае особенно важно следить за тем, насколько прочным остается дерево. Так, скалывание вдоль негативно влияет на прочностные показатели, более прочной остается порода при поперечном скалывании.

Как мы смогли убедиться, прочность – это важнейшая механическая характеристика дерева. При этом на ее уровень могут влиять самые разные воздействия. Все эти факторы следует учитывать в процессе эксплуатации материала, чтобы не нарушить его целостность.

Другие основные механические свойства

Помимо прочности древесина характеризуется и другими механическими и физико-механическими свойствами. Рассмотрим подробнее основные из них.

Твердость

В первую очередь необходимо сказать о такой характеристике природного материала, как твердость. Твердость относится к важнейшим чертам материала и представляет собой способность сырья оказывать сопротивление по отношению к внедрению твердого тела определенной формы. Различают торцевую и боковую твердость (в зависимости от стороны материала, на которую оказывается воздействие). Торцевая твердость является более высокой по своим показателям.

Важно. Следует отметить такой факт: несмотря на то, что некоторые породы дерева отличаются повышенным уровнем твердости, данный материал все же уступает по данным характеристикам такому сырью, как, например, металл.

В зависимости от показателей твердости такой строительный материал, как древесина, подразделяется на 3 основные группы:

мягкие (например, сосна, ель, кедр, пихта, липа, осина, ольха, каштан и т. д.);
твердые;
особо твердые.

Соответственно, при изготовлении тех или иных изделий очень важно учитывать такой параметр, как твердость. Например, из мягких сортов желательно изготавливать декоративные элементы, а для создания опорных конструкций подойдут только особенно твердые разновидности.

Твердость древесины имеет решающее значение в ходе применения и обработки материала. В зависимости от ваших конкретных потребностей и сферы применения древесины наиболее актуальным и подходящим может оказаться тот или иной вариант.

Ударная вязкость

Еще одна важная характеристика, которая различается у определенных пород дерева (например, у клена и ели), – это ударная вязкость. Данное свойство обозначает и определяет способность материала поглощать динамические нагрузки. При этом, чем выше показатель ударной вязкости, тем меньше разрушений и нарушений целостности вы будете наблюдать на дереве в процессе приложения этих самых динамических нагрузок. В целом можно сказать о том, что для большинства пород данный показатель находится на достаточно высоком уровне.

Износостойкость

На износостойкость следует обращать особое внимание, так как именно данный параметр определяет то, способна ли древесина оказывать противостояние по отношению к продолжительным нагрузкам трения. В зависимости от того, насколько высока износостойкость, будет значительно различаться возможный срок эксплуатации материала. На уровень износостойкости решающее влияние оказывает направление распила и уникальные характеристики каждой конкретной породы дерева. При этом следует иметь в виду тот факт, что высокие показатели износостойкости характерны для торцевых поверхностей. По показателям износостойкости различается сухая и влажная древесина – первая обладает более высоким уровнем.

Способность удерживать металлические крепления

Как было сказано выше, дерево – это один из самых популярных, распространенных и востребованных материалов, который используется для создания мебели, декоративных элементов и большого количества других изделий. Соответственно, при его обработке в него вбивается большое количество креплений, чаще всего – металлических. Поэтому такой показатель, как способность удерживать металлические крепления, имеет важнейшее значение. Так, например, гвозди могут разрезать или раздвигать волокна дерева, а шурупы могут цеплять волокна.

Способность изгибаться

Для того чтобы создать функциональные и эстетически привлекательные изделия, дерево необходимо сгибать. В связи с этим способность изгибаться – это еще одно важное механическое свойство древесины. Следует учитывать, что разные породы характеризуются различными уровнями возможности сгибания. Так, например, в отношении хвойных пород действует правило о том, что при сгибании хвою необходимо смочить, а вот сухое дерево практически не гнется (а при приложении высокого давления оно и вовсе может сломаться).

Деформативность

Деформативные характеристики также являются важнейшими. Они влияют на то, насколько быстро (и могут ли вообще) древесные породы восстанавливаются после оказания на них кратковременного динамического воздействия. В сочетании с деформативностью важную роль играет и такая характеристика, как модель упругости.

В связи с тем, что древесина используется в самых разных сферах человеческой жизни и является одним из самых востребованных материалов, очень важно подробно знать все ее свойства. Соответственно, перед использованием материала для создания тех или иных изделий (например, мебели, декоративных элементов и т. д.) следует тщательно изучить все химические, физические и механические свойства. Только в таком случае созданное вами изделие будет прочным и надежным. Помните, что разные типы древесины пригодны для разных целей. Кроме того, некоторые породы вообще нельзя подвергать воздействию, иначе они попросту разрушатся. Эти знания особенно актуальны для профессиональных краснодеревщиков и других представителей строительной сферы.

Ни один из строительных материалов не обладает такими качествами, как древесина. Она очень удобна в обработке. Кроме того, это один из самых прочных, легких материалов, долго сохраняющих тепло и приятный запах.

Для того чтобы приступить к работе с древесиной, обязательно потребуется терпение. Не беда, если что-то с первого раза не будет получаться – все приходит с опытом. Глазомер и твердая рука могут быть помощниками, которые не позволят ошибиться при резании, пилении, сверлении, долблении и вытачивании древесины.

Древесина не относится к капризным строительным материалам, но некоторые ошибки она просто не простит: нельзя будет надставить несколько сантиметров неровно отпиленной доски или выровнять испорченную поверхность без ущерба будущему изделию. Это не пластилин и не глина, но в пластичности им древесина не уступает.

Сырая или специально вымоченная древесина прекрасно принимает ту форму, которую вы пожелаете ей придать.

При работе можно либо исказить, либо подчеркнуть рисунок древесины. Во втором случае выполненное изделие только выиграет и прекрасно будет смотреться без покрытия слоем краски. А усилить игру тонов помогут различные древесные лаки, которые наносятся на поверхность двумя-тремя тонкими слоями.

Для того чтобы задуманное изделие максимально подчеркивало текстурный рисунок древесины и не противоречило ему, необходимо изучить его.

Нет такого бруска древесины, на котором бы не прослеживалось направление роста волокон. Наиболее полное представление о том, что получится из выбранного бруска, может возникнуть только в том случае, если распилить брусок по трем направлениям: под углом в 45°, вдоль волокон и поперек них.

Срез под углом в 45° называется тангентальным срезом, который дает текстуру древесины в виде конусообразных линий (рис. 1, а). Срез вдоль волокон даст радиальный срез, который покажет вертикальные линии волокон (рис. 1, б). Срез, проходящий поперек волокон, по сути дела, представит текстуру дерева из годичных колец (рис. 1, в). Такой срез и будет называться поперечным.

Рис. 1. Виды срезов: а – тангентальный; б – радиальный; в – поперечный.

Если правильно расположить на бруске задуманный чертеж, то внешний вид будущего изделия только выиграет. Кроме того, сложность и красота будущего рисунка напрямую зависят от разнообразия текстуры древесины.

Сделав только поперечный срез, можно четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору – это кожа дерева, которая не используется в работе, ее обязательно снимают. Под корой располагается зона роста дерева, которая практически неразличима невооруженным глазом.

На свежем спиле растущего дерева слой камбия представлен очень хорошо. Если снять кору, откроется тонкая прослойка влажной ткани зеленоватого цвета – это и есть камбий. За камбием расположена собственно древесина с годичными кольцами.

Древесину еще называют заболонью. В центре каждого дерева есть ядро, которое по цвету может сливаться с заболонью или иметь более темный цвет. В зависимости от этого разделяют заболонные породы древесины, где ядро не имеет ярко выраженной структуры и клетки расположены так же плотно, как и в заболони (рис. 2, а), и ядровые, где, соответственно, ядро хорошо различимо (рис. 2, б). Иногда заболонные породы дерева называют безъядровыми.

Рис. 2. Виды пород: а – заболонные; б – ядровые.

К ядровым древесным породам относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница) и некоторые лиственные породы, например дуб, ясень, тополь. Большинство лиственных пород составляет ряд заболонных, или безъядровых: береза, граб, ольха, клен.

Кроме микроструктуры древесины, к ней относится плотность расположения древесных клеток. На создание композиции и возможность использования того или иного бруска в работе влияет макроструктура древесины, представленная годичными кольцами и сердцевидными сосудами.

К макроструктуре также относится наличие различных сучков, наростов и неразвившихся побегов-глазков, которые отклоняют годичные кольца и образуют различные свилеватости.

Древесина, где наиболее четко различимы годичные кольца, горизонтальные и вертикальные сосуды, представляется наиболее интересной для обработки. Практически все хвойные породы – сосна, лиственница, пихта, ель, кедр – обладают такой древесиной.

Физические свойства древесины

К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура).

Плотность древесины – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3или кг/м3. Зависит этот показатель от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа плотность древесины измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: ясень, клен, лиственница, бук, береза, орех, сосна, липа, осина, ель, пихта.

Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают древесину: комнатно-сухую, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.

Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что структура древесины очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае – к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого – коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном итоге приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – применение древесины, влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.

Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные дома из сруба или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.

Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, изготовленных из нее, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом. Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.

Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.

Цвет способен указать на качество: например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели – от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания (цвет здорового бука – от желто до розовато-бежевого).

Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый – это явный признак процессов гниения.

Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков – от вида разреза (рис. 3). Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.

Рис. 3. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.

Механические свойства древесины

Механические свойства древесины более важны, так как от них зависят прочность и долговечность сооружений и изделий из дерева.

Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. По направлению действия нагрузок различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение (рис. 4). При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон. Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.

Рис. 4. Испытание прочности древесины: а – направление нагрузки: 1 – вдоль волокон; 2 – поперек волокон радиально; 3 – поперек волокон тангентально.

Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство имеет значение при изготовлении гнутых деталей: важно знать, что с увеличением влажности и температуры древесины ее пластичность увеличивается; поэтому детали, которые нужно выгнуть, обрабатывают горячей водой или паром. Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы древесины пластичностью, достаточной для сгибания деталей, не обладают вследствие прямолинейной структуры волокон.

Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха.

Твердость определяет еще одно механическое свойство древесины – ее износостойкость, способность противостоять трению. Здесь имеется прямая взаимосвязь: чем тверже древесина, тем выше показатель ее износостойкости.

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость и другие.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества 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. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см 2 . 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 очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см 2 . Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины на растяжение поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии. 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, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твердой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см 2.

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 тангентальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангентальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангентальном сжатии.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине 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. В среднем для всех пород прочности при изгибе составляет 1000 кгс/см 2 , то есть 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), прочность на скалывание по тангентальной 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.

Твердость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангентальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твердые - торцовая твердость 40,1 - 80 МПа (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твердые - торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Эбеновое дерево	Свыше 8,0	Бук	3,8
Акация белая	7,1	Дуб	3,8
Олива	6	Падук	3,8
Ярра	6	Афромозия	3,7
Кумару	5,9	Граб	3,7
Лапачо	5,7	Вяз гладкий	3,67
Амарант	5	Береза	3,6
Орех грецкий	5	Тиковое дерево	3,5
Кемпас	4,9	Ирокко (камбала)	3,5
Бамбук	4,7	Вишня	3,2
Панга-панга	4,4	Ольха	2,7
Венге	4,2	Лиственница	2,6
Гуатамбу	4,2	Клен полевой	2,5
Клен остролистый	4,1	Сосна	2,49
Ясень	4,1	Сосна корейская	1,9
Мербау	4,1	Осина	1,86
Сукупира	4,1	Кумьер	твердая
Ятоба (мерил)	4,1	Груша	средняя
Свитения (махагони)	4	Сапелли	средняя
Дуссие	4	Липа	низкая
Мутения	4	Каштан	низкая

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость - споособность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы. скобы, костыли и др. - важное ее свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Средние показатели сопротивления древесины выдергиванию гвоздей Таблица2.

Порода древесины		Плотность, кг/м 3			Размеры гвоздей, мм
оцинкованных		не оцинкованных
1,2 х 25			1,6 х 25		2 х 4
Средние показатели сопротивления в направлениях
рад-ном		тан-ном	рад-ном	тан-ном	рад-ном	тан-ном	рад-ном
Сосна	500		38	27	19	23	35	29
Лиственница	660		48	39	27	25	39	34
Дуб	690		57	55	39	39	64	65
Бук	670		57	58	41	48	65	79

Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10 - 15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон.

Способность древесины изгибаться позволяет гнуть ее. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород - дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых - бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты ее заготовляют раскалыванием ( клепка, обод, спицы, дрань). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше чем по тангентальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание, по тангентальной плоскости меньше, чем по радиальной.

Деформативность . При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в "замороженные" остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Читайте также: