ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ.
Цель работы – определение расчетных сопротивлений древесины при сжатии и местном смятии поперек волокон, скалывании и растяжении вдоль волокон.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
При действии сжимающих нагрузок поперек волокон в большинстве случаев не удается обнаружить разрушения, поэтому ограничиваются определением предела пропорциональности, который принимается за условный предел прочности.
Различают два вида испытаний – на сжатие и местное смятие поперек волокон. При первом виде испытаний нагрузка прикладывается равномерно по всей поверхности образца, а при втором – по всей ширине, но лишь на части длины.
Условный предел прочности при сжатии поперек волокон в среднем для всех пород примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при местном смятии из-за дополнительного сопротивления изгибу волокон оказывается выше, чем при сжатии по всей поверхности.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
Для испытаний на сжатие изготавливаются образцы в виде прямоугольной призмы основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм при сжатии по всей поверхности и длиной 60 мм при местном смятии (рис. 1).
Рис. 1. Образцы для испытаний на сжатие и местное смятие поперек волокон
У образца для испытания на сжатие измеряется длина b и на половине длины ширина а, с точностью до 0,1 мм. У образца для испытания на местное смятие измеряется с той же точностью только его ширина а, средняя ширина пуансона b = 18 мм.
Для испытаний используется специальное приспособление. Образец нагружают со скоростью 1±0,2 кН/мин. Через каждые 0,2 кН для древесины мягких пород и через 0,4 кН для твердых пород, не прекращая нагружения, измеряют деформацию образца. Испытание продолжается до превышения условного предела прочности, что характеризуется резким увеличением деформации. Показания индикаторов в процессе нагружения образцов заносятся в таблицу.
Рис. 2. Схемы загружения для испытаний на сжатие и местное смятие поперек волокон
Нагрузка Fmax, соответствующая условному пределу прочности, определяется по диаграмме сжатия поперек волокон как ордината точки, в которой отступление от линейной зависимости между нагрузкой и деформацией достигает такой величины, что тангенс угла, образованного осью нагрузок и касательной к графику F - ΔU, увеличивается на 50% своего значения, соответствующего прямолинейному участку графика, т.е. tgβ / tgα > 1,5 (рис. 9).
Форма и размеры образцов на скалывание должны соответствовать рис. 3. Толщину образца и длину скалывания измеряют штангенциркулем по ожидаемой плоскости скалывания с погрешностью не более 0,1 мм.
Образец помещают в приспособление для испытания на скалывание. Подвижную опору подводят до соприкосновения с образцом. Нагрузку на образец передают через нажимную призму с шаровой опорой. Образец нагружают равномерно с постоянной скоростью нагружения или постоянной скоростью перемещения нагружающей головки машины. Скорость должна быть такой, чтобы образец разрушился через (1,0±0,5) мин с момента нагружения. При использовании машины с электромеханическим приводом допускается проводить нагружение образца равномерно со скоростью (4000±1000) Н/мин или проводить испытания при скорости перемещения нагружающей головки испытательной машины 4 мм/мин, при условии достижения предела прочности при скалывании вдоль волокон в указанный интервал времени. Максимальную нагрузку Р измеряют с погрешностью не более 10 %.
Рис. 3. Образец для испытаний на скалывание
Образцы для испытаний на растяжение имеют форму плиты длиной 350 мм и шириной 20 мм, с утончением сечения до 4 мм (рис. 4). Все поверхности образцов должны быть гладко остроганы точно под угольник. Годичные слои на торцевых поверхностях образцов должны быть параллельны одной паре противоположных граней и перпендикулярны другой.
Рис. 4. Образец для испытаний на растяжение
Испытания проводятся с помощью приспособления, обеспечивающего равномерное приложение усилий по поверхности утолщенной части образца. Образец помещают в захваты так, чтобы часть каждой головки, граничащая с закруглением, оставалась свободной на протяжении 20 - 25 мм, а растягивающая нагрузка совпадала с продольной геометрической осью образца. Скорость испытания должна быть такой, чтобы образец разрушился в течение от 1,5 до 2 мин с момента нагружения. При использовании машин с электромеханическим приводом допускается нагружать образец равномерно со скоростью 15±4 кH/мин или проводить испытание при скорости перемещения одной из нагружающих головок испытательной машины 10 мм /мин.
Испытания проводят до разрушения образца. Максимальную нагрузку определяют с точностью до цены деления шкалы силоизмерителя. Результаты испытаний образцов, разрушившихся не по рабочей части, не учитывают.
ТАБЛИЦА 1.
ПРОТОКОЛ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
| Порода ___________________ | Температура воздуха, ОС ___________ | ||||||
| Скорость нагружения (кН/мин)__________________ | Влажность воздуха, % ___________ | ||||||
| Маркировка образца | Размеры поперечного сечения образца, мм | Макс. нагрузка, Fmax, кН. | Влажность, % | Деформация, мм | |||
| a | b | U | ΔU | ||||
Рис. 5. Характер разрушения образцов
ТАБЛИЦА 2.
ПРОТОКОЛ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ МЕСТНОМ СМЯТИИ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
| Порода ___________________ | Температура воздуха, ОС ___________ | ||||||
| Скорость нагружения (кН/мин)__________________ | Влажность воздуха, % ___________ | ||||||
| Маркировка образца | Размеры поперечного сечения образца, мм | Макс. нагрузка, Fmax, кН. | Влажность, % | Деформация, мм | |||
| a | b | U | ΔU | ||||
Рис. 6. Характер разрушения образцов
ТАБЛИЦА 3.
ПРОТОКОЛ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ СКАЛЫВАНИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН
| Порода ___________________ | Температура воздуха, ОС ___________ | ||||||
| Скорость нагружения (кН/мин)__________________ | Влажность воздуха, % ___________ | ||||||
| Маркировка образца | Размеры поперечного сечения образца, мм | Макс. нагрузка, Fmax, кН. | Влажность, % | Предел прочности, МПа | |||
| a | b | R | R12 | ||||
Рис.7. Характер разрушения образцов
ТАБЛИЦА 4.
ПРОТОКОЛ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН
| Порода ___________________ | Температура воздуха, ОС ___________ | |||||||
| Скорость нагружения (кН/мин)__________________ | Влажность воздуха, % ___________ | |||||||
| Маркировка образца | Размеры поперечного сечения образца, мм | Площадь поперечного сечения А0, см2 | Макс. нагрузка, Fmax, кН. | Влажность, % | Предел прочности, МПа | |||
| a | b | R | R12 | |||||
Рис. 8. Характер разрушения образцов
