Міцність деревини при стисканні поперек волокон

У місцях врубок або з'єднань дерев'яних деталей з металевими (під черевиками, болтами та ін) істотне практичне значення має міцність деревини при стисканні поперек волокон. Класичним прикладом роботи деревини на стиск упоперек волокон є також залізничні шпали (місця під рейками). Розрізняють три випадки стиснення деревини поперек волокон: 1. Навантаження розподілене по всій поверхні деталі, що стискається.

2. Навантаження додається на частини довжини, але по всій ширині деталі. 3. Навантаження прикладене на частини довжини та ширини деталі (рис. 54). Всі ці випадки трапляються у практиці: перший випадок - при пресуванні деревини, другий - при використанні шпал під рейками, третій - при вживанні деревини під головки металевих кріплень. При стисканні поперек волокон деревини різних порід спостерігаються два типи деформування: однофазне, як і при стисканні вздовж волокон, і трифазне, що характеризується складнішою діаграмою (див. рис. 54).

Таблиця 35. Міцність деревини при стисканні вздовж волокон.

Межа міцності, кГ/см 2 при вологості

Мал. 54. Випадки стиснення упоперек волокон (унизу) та діаграми стиснення деревини упоперек волокон (нагорі): а — при трифазному; б - при однофазному деформуванні; 1 - стиск по всій поверхні; 2 - стиск на частини довжини; 3 — стиск на частини довжини та ширини.

При однофазному деформуванні на діаграмі добре виражена приблизно прямолінійна ділянка, що триває майже до досягнення максимального навантаження, коли зразок деревини руйнується. При трифазному деформуванні процес деформування деревини при стисканні поперек волокон проходить три фази: перша фаза характеризуєтьсядіаграмі початковим, приблизно прямолінійним ділянкою, що показує, що у цій стадії деформування деревина умовно підпорядковується закону Гука, як і за однофазному деформуванні; наприкінці цієї фази досягається умовна межа пропорційності; друга фаза характеризується на діаграмі майже горизонтальною або слабопохилою криволінійною ділянкою; перехід з першої фази в другу більш менш різкий; третя фаза характеризується на діаграмі прямолінійною ділянкою з крутим підйомом; перехід з другої фази в третю здебільшого поступовий.

За характером деформування при радіальному та тангенціальному стисканні породи можна поділити на дві групи: до першої групи належать хвойні та кільцесосудисті листяні породи (за винятком дуба), а до другої — розсіяно-судинні листяні породи. Деревина хвойних порід (сосна, ялина) і кільцесудинних листяних порід (ясен, ільм) при радіальному стисканні дає діаграму, характерну для трифазного деформування, а при тангенціальному стисканні — діаграму однофазного деформування.

Зазначений характер деформування деревини названих порід можна пояснити наступним. При радіальному стиску деформація першої фази протікає в основному через стиск ранньої зони річних шарів, слабкої в механічному відношенні; перша фаза триває до того часу, поки стінки елементів ранньої зони не втратять стійкості і почнуть змінюватися. Зі втратою стійкості цих елементів починається друга фаза, коли деформація протікає в основному в результаті зминання елементів ранньої зони; це відбувається при майже незмінному або мало зростаючому навантаженні. У міру залучення до деформації елементів пізньої зони річних шарів друга фаза плавно перетворюється на третю. Третя фаза протікає головним чином за рахунок стиснення елементівпізньої зони, що складається переважно з механічних волокон, які можуть змінюватись тільки при великих навантаженнях.

При тангенціальному стисканні деформування відбувається від початку за рахунок елементів обох зон річного шару, причому характер деформування, природно, визначається елементами пізньої зони. Наприкінці деформування настає руйнація зразка, ясніше виражене у деревини хвойних порід: зразки зазвичай витріщаються у бік опуклості річних шарів, які при тангенціальному вигині ведуть себе, як криві бруси при поздовжньому вигині.

Серед кільцесудинних листяних порід зазначеним закономірностям не підпорядковується дуб, деревина якого при радіальному стисканні деформується за однофазним типом, а при тангенціальному виявляє тенденцію до переходу на трифазне деформування. Це тим, що з радіальному стисканні сильний вплив характер деформування надають широкі серцевинні промені. При тангенціальному стисканні тенденція до переходу на трифазне деформування пояснюється радіальним угрупуванням дрібних судин у пізній зоні.

Деревина розсіяно-судинних листяних порід (берези, осики, бука) виявила трифазне деформування як при радіальному, так і при тангенціальному стиску, що, мабуть, треба пояснити відсутністю помітної різниці між ранньою та пізньою зонами річних шарів. У деревини граба спостерігається перехідна форма деформування (від трифазного до однофазного); Вочевидь, у разі позначається вплив ложношироких серцевинних променів.

Початок руйнування деревини можна спостерігати лише за однофазного деформування; при трифазному деформуванні деревина може ущільнитись до чверті початкової висоти без видимих слідів руйнування. З цієї причини при випробуваннях на стиснення впоперекволокон обмежуються визначенням напруги при межі пропорційності діаграми стиснення, не доводячи зразок до руйнування.

Деревину випробовують двома методами: при стисканні на всій поверхні зразка і при стисканні на частини довжини, але по всій ширині (зминання). Для випробувань на стискування поперек волокон виготовляють зразок такої ж форми та розмірів, як і при стисканні вздовж волокон; річні шари на торцях у цьому зразку повинні бути паралельні одній парі протилежних граней та перпендикулярні іншій парі. Зразок розташовують на опорній частині машини бічною поверхнею і піддають ступінчастому навантаженню по всій верхній поверхні із середньою швидкістю 100 ± 20 кг/хв. Деформацію деревини м'яких порід вимірюють індикатором з точністю 0,005 мм через кожні 20 кг навантаження і твердих порід - через 40 кг; випробування триває до явного переходу межі пропорційності. На підставі парних відліків (навантаження-деформація) викреслюють діаграму стиснення, на якій визначають з точністю до 5 кг навантаження при межі пропорційності як ординату точки переходу прямолінійної ділянки діаграми в явно криволінійний. Умовну межу міцності при стисканні упоперек волокон підраховують шляхом розподілу знайденого зазначеним способом навантаження при межі пропорційності на площу стиснення (вироб ширини зразка на його довжину).

Для випробувань на зминання застосовують зразок у формі брусочка квадратного перерізу 20X20 мм завдовжки 60 мм. Навантаження на такий зразок передається по всій ширині через сталеву призму шириною 2 см, що поміщається посередині зразка перпендикулярно до довжини; прилеглі до зразка ребра призми мають заокруглення радіусом 2 мм. В іншому порядок та умови випробування ті ж, що й за першим способом, але умовна межа міцності підраховується шляхом розподілунавантаження при межі пропорційності на площу стиснення, що дорівнює 1,8 а, де а ширина зразка, 1,8 середня ширина натискної поверхні призми в сантиметрах.

Умовна межа міцності при зминанні поперек волокон виходить на 20-25% вище, ніж при стисканні; це пояснюється додатковим опором від згинання волокон у ребер призми. При третьому випадку стиснення поперек волокон (див. рис. 54) показники умовної межі міцності трохи перевищують показники, отримані у другому випадку в результаті додаткового опору сколюванню поперек волокон у ребер штампу, що йдуть паралельно до волокон деревини.

Таблиця 36. Умовна межа міцності при зминанні поперек волокон.