Внутрішня напруга в деревині при сушінні - Студопедія
Внутрішня напруга – це напруга, яка не пов'язана з впливом на тіло зовнішніх навантажень, а обумовлена неоднорідними деформаціями, що впливають під дією тих чи інших причин усередині цього тіла.
Першопричиною виникнення внутрішньої напруги в деревині при її сушінні є нерівномірний розподіл вологості і пов'язана з ним нерівномірна усушка за обсягом матеріалу.
Розглянемо, як виникають і розвиваються в деревині внутрішні напруження. Для спрощення введемо такі припущення: вважаємо усихання деревини в тангенціальному та радіальному напрямках однаковим; переміщення вологи у матеріалі відбувається лише за його товщиною; розміри сортименту (дошки) змінюються лише за його шириною; розташування річних шарів за перерізом сортименту, який може бути дуже різноманітним, не враховуємо.
На рис. 4.9,апоказані найбільш характерні криві розподілу вологості по товщині висушуваного сортименту, що відповідають різним моментам процесу. У початковий момент, поки вологість по всьому об'єму сортименту вище за межу насиченняWп.н, усушки немає і напруги відсутні. Вони з'являються в момент1, коли вологість поверхні опускається нижчеWп.н(крива1). Поверхневі верстви прагнуть усохнути, тобто. скоротити свій розмір. Але цьому прагненню перешкоджають внутрішні шари, усушка яких ще почалася, що створює в деревині напружений стан.
Якщо вирізати з сортименту, що висушується, торцеву пластину, так звану секцію, і розділити її на ряд шарів за товщиною за схемою рис.4.9,б, то, зіставляючи розміри цілої секції та її шарів, можна встановити, який знак мають напруги у різних зонах за товщиною сортименту.Моменту1відповідає форма розділеної на шари секції, показана на рис 4.9,б. Звільнені від зв'язку між собою шари секції приймають розміри, що відповідають їхній фактичній вологості: внутрішні шари - початковий розмір за шириноюв0, а поверхневі - більш короткий номінальний розмірвнчерез утворення в них усадки завбільшкиУп[*]. Ціла ж, нерозділена на шари секція (як і сортимент) має дійсний розмір по ширинівд, який більше розміру поверхневих шарів, але менше розміру внутрішніх шарів у їх вільному стані. Поверхневі шари сортименту, отже, відчувають напруги, що розтягують, а внутрішні шари - стискаючі напруги.
Мал. 4.9. Схеми до розвитку деформацій та напруг при сушінні
На початковому етапі процесу напруги приблизно пропорційні вільної усиханні поверхневих шарів, а остання своєю чергою визначається перепадом гігроскопічної вологості ( =Wп.н-Wп), тобто. різницею між межею насичення клітинних стінок та поверхневою вологістю матеріалу.
Якби деревина була ідеально пружним матеріалом зі стабільним модулем пружності, що не залежить від вологості, то внутрішні напруги, що з'явилися в ній в першій стадії процесу, надалі поступово зменшувалися б у міру зменшення перепаду вологості і нарешті зникли б при остаточному вирівнюванні вологості і розміри внутрішніх і зовнішніх шарів виявилися б однаковими. Але деревина є пружно-пластичним матеріалом. З самого початку виникнення внутрішніх напруг у деревині з'являються нарівні з пружними також залишкові деформації. Виникнення залишкових деформацій характерно для деревини, яка довго перебуває під напругою, навіть при їїстабільно вологому стані. Але, крім того, при висиханні напруженої деревини пружні деформації в ній перероджуються залишкові у зв'язку з тим, що при зниженні вологості істотно знижується модуль її пружності.
У початковій стадії процесу, коли волога нагріта деревина має підвищену податливість, у поверхневих шарах під впливом діючих в них розтягуючих напруг виникають залишкові деформації подовження, а у внутрішніх шарах, навпаки, залишкові деформації укорочення. Тому в кінці процесу (момент3) усадка в поверхневих шарахУп(де діяли напруги, що розтягують) буде менше, ніж усадка всередині сортиментуУц(де діяли стискаючі напруги ). Секція, що розрізає на шари, матиме форму, показану на рис. 4.9,дз якої видно, що номінальний (вільний) розмір поверхневих шарів буде більше вільного розміру внутрішніх шарів, і в деревині з'явиться напруга, що стискає, на поверхні і розтягують всередині. Таким чином, у процесі сушіння відбувається зміна знака напруги.
Стан деревини, що відповідає формі секції за рис. 4.9,г, характерно для деякого проміжного моменту2(крива розподілу вологості2). У цей момент напруги в деревині зникають, а потім до кінця сушіння зростають, змінивши свій знак. Причина цього – розвиток у деревині залишкових деформацій.
Внутрішня напруга, що виникає без застосування зовнішніх навантажень, завжди врівноважуються в межах даного тіла. Щоб їх виявити, необхідно порушити цю рівновагу, розділивши зразок на частини. Кожна така частина буде прагнути нового рівноважного стану, що можливо тільки за рахунок її деформації. У секції, що розрізає на тонкі шари (див. рис. 4.9,б,д) деформації проявляються переважно у вигляді подовження та укорочення шарів. У секції, розпиляною або розколотою, наприклад, навпіл, мають місце переважно деформації вигину. На початку процесу (момент1) секція деформується згідно з рис. 4.9,в, наприкінці процесу (момент3) – згідно з рис. 4.9,д.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: