Sortarea lemnului. Calculul structurilor din lemn - zdrobirea lemnului

Cu o forfecare pură, laturile elementului dreptunghiular selectat pe corpul luat în considerare (umbrite în Fig. 9.3 A b) doar se deplasează (deplasează), dar nu se lungesc. De-a lungul fețelor elementului specificat, care este prezentat la o scară mai mare în Fig. 9.3b, acţionează numai tensiunile de forfecare.

Este în general acceptat că tensiunile sunt distribuite uniform pe fiecare față a elementului și sunt cauzate pentru un anumit tip de deformare de un singur factor de forță intern - forța transversală Q. Pe baza celor de mai sus și presupunând că zona feței este egală cu F, poti sa scrii:

ȘI

Această relație se numește Legea lui Hooke în forfecare.
Factorul de proporționalitate Gîntre efortul de forfecare și unghiul de forfecare se numește modulul de forfecare sau modulul de elasticitate de al doilea fel spre deosebire de modul Eîn tensiune - compresie, numită modulul de elasticitate de primul fel.
Valoarea modulului G determinat experimental. Da, pentru oțel , pentru aluminiu .
ÎN structuri de constructiiși părți ale mașinilor, deformațiile prin forfecare apar în cazul unei tendințe de deplasare a unei secțiuni a corpului față de alta cu o distanță constantă între ele. În special, forfecarea poate fi cauzată de două forțe egale, paralele în direcția opusă, situate la o distanță apropiată una de cealaltă și care acționează pe părțile opuse ale secțiunii în care are loc deformația considerată. Deci, forfecarea experimentează o secțiune m-nșurub care leagă două părți sub influența a două forțe R(Fig. 9.4).

Etapa finală a deformării prin forfecare, adică distrugerea corpului, este felie. Dacă fenomenul de forfecare este observat în elementele din lemn și are loc de-a lungul fibrelor, atunci se numește ciobirea.
Colaps. Când îmbinările sunt forfecate și forfecate, apare adesea deformarea prin forfecare. Colapsul este compresia locală a două corpuri. Deci, suprafața copacului este supusă strivirii sub piuliță și capul șurubului, care strânge două grinzi de lemn (Fig. 9.5 a).

Ambele elemente de contact (o grindă de lemn și un șurub de oțel) participă la transmiterea forței de compresiune, a cărei suprafață de contact și forța de compresiune transmisă prin aceste suprafețe sunt aceleași. Cu toate acestea, proprietățile mecanice ale materialelor de contact, în special rezistențele lor normative, sunt diferite; prin urmare, pentru strivire trebuie contat pe un element realizat dintr-un material mai puțin durabil (în acest caz, o grindă de lemn).
Calculele de colaps se bazează pe premisa că forțele de interacțiune dintre elemente sunt distribuite uniform pe întreaga suprafață de contact și sunt normale cu această suprafață în fiecare punct.
Dacă forța de compresiune se notează cu R, zona de contact a pieselor prin și tensiunea de strivire prin , apoi obținem

unde este rezistența la rulment calculată.
Pentru a reduce stresul de strivire a copacului, suprafața de susținere este mărită la locul de zdrobire prin plasarea șaibe metalice sub capul piuliței și șuruburilor (Fig. 9.5b), care au o zonă mare de contact cu arborele.
Dacă piesele sunt în contact de-a lungul suprafeței semicilindrului (Fig. 9.6), atunci aria calculată a colapsului este luată în mod condiționat ca aria de proiecție a suprafeței de contact pe un plan perpendicular. la direcția forței R(în Fig. 9.6 aria calculată a prăbușirii este umbrită):

Calculul legăturilor elementelor din lemn prin tăiere. Tăieturile se numesc îmbinări în care există un transfer direct de forță de la un element la altul prin zona de strivire fără participarea altor tipuri de conexiuni la această lucrare. Prin urmare, dacă există un șurub sau un suport în proiectarea crestăturii, atunci acestea joacă un rol auxiliar și nu sunt luate în considerare la calcularea rezistenței conexiunii.
Crestăturile pot transfera doar forțe de compresiune, drept urmare sfera lor de aplicare este limitată de dispozitivul de îmbinări comprimate și de atașarea elementelor comprimate într-un unghi. Pe fig. 9.13 ca exemplu de crestătură, este dat în prezent tipul său cel mai comun, numit crestătură frontală cu un singur dinte.

Calculul tăieturii constă în determinarea adâncimii acesteia hși așa-numitul loc de tăiere lîn funcţie de o forţă de compresiune dată R, dimensiunile transversale ale elementelor legate și unghiul dintre ele.
Adâncimea tăieturii se găsește din starea rezistenței la strivire de-a lungul locului a-b al celui mai slab dintre elementele conectate. În acest caz, elementul înclinat este mai puternic, deoarece este comprimat de o forță care acționează paralel cu direcția fibrelor lemnului său și pentru acesta, conform Tabelului. 9.2, rezistența de proiectare la strivire va fi maximă (13 MN/m2). Un element orizontal este comprimat de o forță care acționează în unghi față de fibrele sale, iar rezistența calculată va fi mai mică decât pentru un element înclinat.
Rezistența de proiectare la strivire, când forța acționează în unghi față de fibre, se găsește prin formula

Testele de laborator ale probelor de lemn pentru zdrobire arată că fibrele tubulare ale lemnului sunt turtite și este compactat. Dimensiunile lemnului în direcția forței sunt semnificativ reduse, dar își păstrează capacitatea de a rezista la sarcină. Defectele lemnului nu afectează prea mult activitatea acestuia la zdrobire și, prin urmare, elementele zdrobite pot fi fabricate din lemn de categoriile de calitate II și III.

Cu toate acestea, este imposibil să se permită deformări mari ale elementelor din prăbușirea lemnului. În acest caz, forma structurii se poate modifica și pot apărea deviații mari. Prin urmare, tensiunile la prăbușire ale elementelor din lemn a nu trebuie să depășească rezistențele la prăbușire calculate stabilite de standarde. Plată structuri din lemn pentru strivire este, de asemenea, considerat un calcul de rezistență, deși acest lucru limitează de fapt cantitatea de deformare a lemnului în timpul zdrobirii.

Lemnul are o structură diferită de-a lungul și de-a lungul fibrelor și, prin urmare, funcționează diferit în ceea ce privește zdrobirea. Rezistenţa sa la strivire depinde de ce unghi a faţă de direcţia fibrelor acţionează forţa de compresiune N. Prin urmare, rezistenţele calculate la strivire sunt diferite pentru diferite cazuri de strivire a lemnului.

Colapsul de-a lungul fibrelor are loc la capetele tijelor comprimate. În acest caz, forța de compresiune acționează perpendicular pe secțiune, unghiul de colaps dintre direcția sa și fibre a \u003d 0. În același timp, lemnul funcționează bine, iar rezistența sa calculată la strivire are cea mai mare valoare - R cm \u003d 130 kg / cm 2.

Prăbușirea (compresia) generală a lemnului de-a lungul fibrei are loc în căptușeli scurte și distanțiere din lemn. În acest caz, forța de compresiune se aplică pe întreaga suprafață a elementului perpendicular pe direcția fibrelor acestuia, la un unghi de strivire a = 90°. Pentru strivirea generală a fibrelor, lemnul nu funcționează bine. În acest caz, pereții fibrelor tubulare sunt ușor aplatizați, iar lemnul este puternic deformat. Rezistența calculată a lemnului la o astfel de prăbușire este cea mai mică R cm90 \u003d 18 kg / cm 2.

Colapsul local de-a lungul fibrelor are loc acolo unde structura se sprijină pe suporturi - în tăieturi, sub șaibe de șuruburi, sub cleme etc. Forța de compresiune acționează perpendicular pe direcția fibrelor, la un unghi de colaps de \u003d 90 °. În acest caz, solicitarea uniformă de strivire acționează numai asupra unei părți a suprafeței lemnului la locul de acțiune al forței. Lemnul funcționează mai bine pentru o astfel de zdrobire decât pentru una generală și se deformează mai puțin. Zonele învecinate descărcate de lemn de aici sunt, de asemenea, parțial implicate în lucrările de zdrobire ca urmare a îndoirii fibrelor de lemn. Prin urmare, rezistența calculată la prăbușire aici este mai mare decât la prăbușire generală: pentru prăbușire pe suporturi R CM90 = 24 kg/cm 2 cm 2.

Zdrobirea lemnului în unghi față de fibre are loc în opritoarele frontale, tăieturi și sub șaibe ale cablurilor. Forța de strivire acționează aici sub un unghi a față de fibrele intermediare între 0 și 90°. Lemnul funcționează mai rău pentru o astfel de zdrobire decât atunci când se zdrobește de-a lungul fibrelor, dar mai bine decât peste fibre. Rezistența calculată la prăbușire Rsma în acest caz are o valoare intermediară, în funcție de unghiul de colaps și este determinată de formula:

După înlocuirea valorilor R CM și R CM90, rezistența la prăbușire de proiectare poate fi determinată din această formulă, redusă la forma:

pentru opriri frontale

pentru tăieturi

Rezistența de proiectare la strivire a lemnului la un unghi a poate fi găsită din graficul standardelor.

Calculul structurilor din lemn pentru zdrobire se efectuează după formula:

Folosind aceeași formulă, se poate determina valoarea forței de compresie calculate pe care o poate lua o anumită zonă de strivire și aria de strivire necesară F, necesară pentru a rezista la o forță de compresiune cunoscută N.

Datorită structurii sale fibroase, lemnul se caracterizează printr-o rezistență ridicată la tracțiune și compresiune de-a lungul fibrelor și mult mai puțină rezistență între fibre. La speciile de conifere, rezistența la compresiune de-a lungul fibrelor este de 10-12 ori mai mare decât cea transversală, iar la lemn de esență tare - de 5-8 ori. Rezistența mecanică a lemnului depinde în mare măsură de densitatea în vrac; odată cu creșterea densității în vrac a lemnului, rezistența crește.

Forța depinde de umiditate - cu creșterea umidității, aceasta scade. Rezistența lemnului este afectată doar de o modificare a cantității de umiditate higroscopică. Cu o creștere a umidității peste punctul de saturație al fibrelor, rezistența lemnului practic nu scade.

Rezistența lemnului este caracterizată de rezistența la tracțiune, adică. efort egal cu raportul dintre sarcina maximă care a precedat distrugerea probei și aria secțiunii transversale inițiale. Deformarea lemnului poate fi diferită nu numai în funcție de dimensiune forte active, dar și asupra duratei impactului acestora. Deci, cu un efect pe termen scurt al unei anumite forțe, deformarea poate fi elastică, iar cu un efect pe termen lung al aceleiași forțe, poate fi reziduală și cu cât este mai mare cu atât efectul este mai lung.

În multe structuri din lemn, lemnul funcționează prin compresie, zdrobire, ciobire, îndoire și mai rar în tensiune atât de-a lungul fibrelor, cât și de-a lungul fibrelor. În acest sens, lemnul este testat în principal pentru compresie de-a lungul și peste fibre, pentru așchiere și îndoire.

Rezistența la compresiune a lemnului de-a lungul fibrelor. Aceasta este una dintre proprietățile mecanice importante ale lemnului. Rezistența la compresiune de-a lungul fibrelor este semnificativă și fluctuează cu diverse rase de la 40 la 60 MPa la o umiditate standard de 12% și de la 20 la 40 MPa la o umiditate peste 30%. Comprimarea lemnului de-a lungul fibrei este importantă atunci când este utilizat pentru mobilă, piloți, stâlpi, ferme de acoperiș etc.

Rezistența la tracțiune de aproximativ 12, Pa, se calculează prin formula Despre c * Pab. Aici P este forța maximă de rupere, N; a și b - lățimea și grosimea probei, m.

Rezistența la compresiune a lemnului peste granulație. Când lemnul este comprimat peste fibre, în funcție de specie și de direcția de compresie (radială, tangenţială), deformarea poate fi uniformă - monofazată și neuniformă - trifazată. În acest din urmă caz, în timpul testării, se observă mai întâi o creștere a tensiunilor și deformațiilor (fază), apoi creșterea tensiunilor aproape se oprește și se observă doar o creștere a deformației probei (faza), apoi tensiunile încep să crească (fază). Datorită prezenței deformării fază-la-fază, testele de compresie pe fibre sunt efectuate cu înregistrarea atât a forțelor, cât și a valorilor deformației. Pentru rezistența condiționată la compresiune între fibre, se ia solicitarea corespunzătoare limitei de proporționalitate, i.e. valoarea maximă a tensiunii în secţiunea rectilinie a diagramei. Limita condiționată este de 6-10 ori mai mică decât în ​​cazul compresiei de-a lungul fibrelor.

Rezistența la tracțiune de-a lungul fibrelor. Când lemnul este întins de-a lungul fibrelor, indicele de rezistență are cele mai mari valori. Deformarea lemnului în timpul tensiunii (alungirea probei) este nesemnificativă. Distrugerea are loc sub formă de ruptură tisulară. La rezistență mare, fractura este cu fibre lungi, iar la rezistență scăzută, este concoidală, aproape netedă. Rezistența la tracțiune a lemnului de-a lungul fibrelor depinde de tipul de lemn și este în intervalul 70-170 MPa la

umiditate 12%. O creștere a umidității duce la o oarecare scădere a rezistenței. Rezistența la tracțiune este determinată de formula a = P max /bh. Aici b și h sunt lățimea și grosimea părții de lucru a probei, cm; P max - sarcina maximă premergătoare distrugerii probei; N.

Rezistența la tracțiune peste fibre. Lemnul are relativ puțină rezistență la întindere peste bob. Valoarea rezistenței la tracțiune de-a lungul fibrei, dacă există fisuri, această valoare poate scădea în general la zero. Prin urmare, în practică, lemnul nu este folosit pentru lucrări de tracțiune pe fibre. Determinarea valorii rezistenței la tracțiune a lemnului de-a lungul fibrelor este necesară pentru a dezvolta moduri de uscare sigure la fisurare și pentru a justifica modurile de tăiere.

Rezistența lemnului la îndoire statică. Când lemnul este îndoit, apar tensiuni de tracțiune pe partea convexă și tensiuni de compresiune pe partea concavă. În plus, tensiunile de forfecare apar la forfecarea de-a lungul fibrelor. Rezistența lemnului la îndoirea statică este de mare importanță în multe structuri realizate din acesta - mobilier, schiuri, grinzi, căpriori, poduri. Rezistența la tracțiune a lemnului în timpul îndoirii statice, în funcție de specie, variază de la 70-150 MPa (la un conținut de umiditate de 12%). O creștere a umidității duce la o scădere a rezistenței la tracțiune la 40-90 MPa (la o umiditate de 30% sau mai mult). Rezistența maximă la încărcarea probei în centru o 12 = ZR ax / 2bh 2 . Iată distanța dintre centrele suporturilor, cm; b - lățimea probei, cm; h este înălțimea probei (în direcția forței), cm.

Rezistența la forfecare a lemnului. La forfecare, asupra lemnului acționează două forțe egale și opuse. Multe modele de unități de mobilier, poduri, ferme funcționează la forfecare. La forfecare, acţionează forţe tangenţiale, situate într-un plan paralel cu acţiunea forţelor exterioare.

Testarea la forfecare este posibilă în trei direcții: forfecare de-a lungul bobului, forfecare peste bob, tăierea lemnului peste bob. Fiecare tip de încercare poate fi efectuat în direcțiile radială și tangențială. Sunt posibile un total de șase cazuri de testare la forfecare. Cel mai

un test comun este pentru ciobirea de-a lungul fibrelor. Rezistența la scindare de-a lungul fibrelor pentru lemnul de conifere este aproape independentă de direcția radială sau tangențială și este de 6,5-10 MPa. La lemn de esenta tare la forfecare radială, rezistența la tracțiune, în funcție de rocă, este în intervalul 6-16 MPa, la forfecare tangențială este cu 10-30% mai mare decât la forfecare radială. Rezistența lemnului în alte cazuri de forfecare este puțin studiată. Rezistența la forfecare este determinată de formula x = P/N. Aici b este lățimea zonei de ciobire, cm; - lungimea zonei de forfecare, cm.

Rezistența la impact a lemnului. La îndoirea statică, asupra lemnului acționează o anumită sarcină, a cărei valoare fie rămâne constantă, fie crește treptat. Cu toate acestea, în unele cazuri, sarcina de încovoiere poate acționa și mai puternic: atunci când schiați de la o trambulină, o sarcină mare pe un pod sau un scaun sau o navă care lovește un dig. Aici este important să știți despre comportamentul și rezistența lemnului. Sarcina în timpul îndoirii la impact este efectuată pe o mașină specială de testare - un tester de impact cu pendul.

Determinați rezistența la impact a lemnului A, J / cm 2, conform formulei A 12 \u003d Q / nh. Aici Q este munca efectuată pe nămol (după scara coprei), J; b - lățimea probei, cm; h - înălțimea probei, cm.

duritatea lemnului. Trebuie să se ocupe de duritatea lemnului atunci când se studiază rezistența acestuia la abraziune (pardoseli din lemn, parchet, pardoseli din lemn), când se prelucrează cu o unealtă de tăiere, când se fixează cu cuie (blocuri de construcție a containerelor). Duritatea poate fi diferită pe suprafețele terminale, radiale și tangenţiale. Cea mai dură este suprafața de capăt (22-97 MPa, în funcție de rocă, la un conținut de umiditate de 12%). Duritatea suprafețelor radiale și tangențiale este aproape identică una cu cealaltă, iar în raport cu suprafața de capăt este mai mică cu 30-40%. Pe măsură ce umiditatea crește, duritatea scade.

modul de elasticitate. Capacitatea unui material de a se deforma, de ex. rigiditatea sa este caracterizată de modulul de elasticitate, care este raportul dintre efortul din material și deformația elastică. În tensiune și compresie, modulul de elasticitate E, MPa, este determinat de formula E \u003d st / e (modul de gen). Aici o este tensiunea normală, MPa, e este deformarea relativă (valoarea adimensională).

Sub acțiunea forțelor de forfecare, modulul de forfecare este determinat de formula G \u003d m / Y (modulul genului). Aici t este efortul de forfecare, MPa; Y - deplasare relativă (valoare adimensională), caracterizată prin distorsiunea relativă a unghiului drept. Pentru a determina modulul de elasticitate sau forfecare în timpul încercării, tensiunile și deformațiile sunt măsurate simultan (cu mare precizie).

Proprietățile tehnologice ale lemnului sunt de mare importanță în fabricarea produselor din acesta. Acestea includ prelucrabilitatea, rezistența la abraziune, capacitatea de îndoire, lipire și colorare și capacitatea de a ține cuie și alte elemente de fixare metalice. Multe dintre ele depind de densitatea în vrac, umiditate și elemente. structura anatomica lemn.

Prelucrabilitatea prin tăiere - tăiere, rindeluire, dăltuire și găurire - depinde de duritatea lemnului și este determinată de efortul de prelucrare și de gradul de finisare a suprafeței. Lemnul tare și dens este prelucrat mai ușor și mai curat decât lemnul moale. Cu cât conținutul de umiditate al lemnului este mai mare, cu atât este mai dificil de prelucrat; este practic imposibil să curățați suprafața lemnului umed. Pe lemnul moale (salcie, plop, aspen, tei), deseori raman zgarieturi si zgarieturi. Se depune mai mult efort pentru prelucrarea lemnului cu o densitate în vrac mai mare.

Rezistența la abraziune depinde de direcția fibrelor, densitatea în vrac, duritatea și conținutul de umiditate al lemnului. Rezistența la abraziune de pe partea de capăt este mult mai mare decât de pe suprafața laterală. Odată cu creșterea densității în vrac și a durității, rezistența la abraziune crește, iar odată cu creșterea umidității, scade. Abrazarea lemnului are loc ca urmare a distrugerii treptate a suprafeței sub influența particulelor solide mici și a frecării, în timp ce particulele mici sunt îndepărtate prin nereguli în piesele de frecare.

Capacitatea lemnului de a se îndoi este luată în considerare la fabricarea de mobilier îndoit, inele, jumătate de inele și alte

părți curbe, precum și butoaie, jante, arce, i.e. în cazurile în care este necesar să se dea forma unui șablon fără a distruge fibrele de lemn și a reduce rezistența mecanică. Capacitatea de a se îndoi, de regulă, este mai mare la speciile vasculare inelare (stejar, frasin etc.) și unele specii vasculare împrăștiate cu plasticitate crescută, precum fagul. Compactarea lemnului are loc datorită vaselor mari, fără a distruge fibrele. Capacitatea lemnului de a se îndoi crește pe măsură ce conținutul de umiditate crește până la punctul de saturație, la fel ca și temperatura. Când bagi cuie în lemn de esență tare, trebuie să depui mai mult efort. În acest caz, în lemn se fac găuri cu un diametru cu 0,2-0,3 mm mai mic decât grosimea cuiului.

Capacitatea lemnului de a ține cuie, șuruburi și alte elemente de fixare este de mare importanță atât în ​​construcții, cât și în asamblarea mobilierului. Un cui înfipt în lemn suferă presiune din partea părților sale individuale, care îl ține din cauza frecării. Un indicator al capacității lemnului de a ține elementele de fixare este forța necesară pentru a scoate cuiul (în N pe m 2 din suprafața de contact a cuiului cu lemnul). Această forță depinde de specie, de direcția fibrelor, de densitatea în vrac și de conținutul de umiditate al lemnului. Este cu 25% mai mare între fibre decât de-a lungul. Pe măsură ce densitatea în vrac crește, crește forța specifică. Când lemnul se usucă, capacitatea de a ține elementul de fixare scade din cauza scăderii elasticității fibrelor. Capacitatea de reținere a lemnului hard Rock de câteva ori mai mare decât cele moi. Forța specifică pentru smulgerea șuruburilor, ceteris paribus, este de 2 ori mai mare decât pentru smulgerea cuielor.

Factori de calitate a lemnului. Atunci când se utilizează lemnul în diverse industrii, dacă nu numai rezistența este de o importanță decisivă, ci și masa pieselor și ansamblurilor realizate din diferite materiale, un indicator cuprinzător al proprietăților materialului, inclusiv lemnul, este factorul de calitate.

Factorul de calitate este raportul dintre indicele de proprietate mecanică și densitatea materialului. Dacă comparăm factorii de calitate* diverse materiale atunci când este întins, se dovedește că lemnul din acest indicator este mai mare decât multe metale, concurând cu cele mai bune clase de oțel: oțel aliat 0,95-2,3

Oțel turnat 0,45-0,55

Fier 0,32-0,42

Duraluminiu 1,1-1,7

Aluminiu 0,3-0,4

Fontă 0,3-0,51

Lemn:

molid, pin 1,4-2,1

tei 1,7-2,4

mesteacăn 1,9-2,7

Factorii de calitate pot fi determinați pentru orice indice de rezistență. Când se compară indicatorii speciilor de conifere și de foioase, se poate stabili că lemnele de esență tare sunt superioare coniferelor în multe proprietăți mecanice. Totuși, indicatorii de calitate în compresiune și îndoire statică a lemnului de esență moale sunt mai mari decât cei ai lemnului de esență tare.

Tensiuni admisibile pentru lemn. Indicatorii de rezistență obținuți sub diferite tipuri de sarcină sunt limitativi și nu pot servi ca date inițiale în calculul structurilor din lemn din diverse motive. În primul rând, o anumită marjă de siguranță este necesară pentru funcționarea satisfăcătoare a structurilor din lemn. În al doilea rând, în condiții reale, rezistența lemnului poate fi mai mică decât în ​​timpul testării, din cauza nepotrivirii în direcția fibrelor, a înclinării fibrelor, a modificărilor de umiditate, a defecte ale lemnului (noduri, putregai etc.), influența fluctuațiilor de temperatură etc. Prin urmare, la calcularea structurii, se iau așa-numitele tensiuni admisibile. Raportul dintre rezistența la tracțiune și efortul admisibil se numește factor de stoc.

Datorită anizotropiei structurii lemnului și variabilității semnificative a proprietăților sale în timp și sub influența diverșilor factori, factorii de siguranță pentru acesta sunt stabiliți mai mari decât pentru metale. Factorii de siguranță pentru compresiune și forfecare sunt de la 3 la 5, în tensiune

de-a lungul fibrelor - până la 8-10. Modulul de elasticitate în calcule aproximative se presupune a fi egal cu 10000 MPa, indiferent de rasă, dacă produsul este operat într-o cameră uscată, 7000 MPa pentru elementele care au fost în stare umedă de mult timp.

Pentru calculul elementelor din pin și molid, operate într-o cameră uscată sub sarcini de lungă durată, se iau următoarele tensiuni admisibile, MPa: încovoiere și compresie de-a lungul fibrelor - 10; întinderea de-a lungul fibrelor - 7; tăierea fibrelor - 4,5; zdrobire peste fibre - 3,5; ciobirea de-a lungul fibrelor - 1-2; ciobirea fibrelor 0,5. Pentru lemnul de frasin, stejar, arțar, tensiunile admisibile pot fi de 2 ori mai mari, cu excepția solicitărilor de forfecare, care sunt de 1,6 ori mai mari.

Factori care afectează proprietățile mecanice ale lemnului

În tabel. Se compară indicatorii volumetrici de greutate și rezistență ai lemnului de conifere și lemn de esență tare.

Proprietăți mecanice medii ale lemnului de esență moale și lemnului de esență tare (la 15% umiditate)

Tendința generală este aceea că lemn mai dens cu atât are mai multă putere. Densitatea și rezistența lemnului cresc dacă pădurea crește în locuri înalte și soluri nisipoase.

Creșterea umidității până la limita higroscopicității (până la 30%) scade proprietățile mecanice ale lemnului. Uscarea lemnului cu 1% (în intervalul de umiditate variază de la 20 la 8%) îi crește rezistența la compresiune și încovoiere cu 4%, iar la tensiune - cu 1%.

Defectele lemnului îi reduc rezistența.

Defectele sunt neajunsurile secțiunilor individuale de lemn, reducând calitatea acestuia și limitând posibilitățile de utilizare.

Defectele sunt defecte de origine mecanică care apar în lemn în timpul recoltării, transportului, sortării, stivuirii și prelucrării.

Din cauza prezenței defectelor, rezistența unei grinzi sau a unei plăci nu poate fi estimată din rezultatele testării eșantioanelor mici și curate. Prin urmare, spre deosebire de alte materiale, clasele de lemn sunt determinate nu de rezistența probelor, ci pe baza unei evaluări a naturii, dimensiunii și numărului de defecte.

Proprietățile mecanice ale lemnului includ: rezistență, duritate, rigiditate, rezistență la impact și altele.
Rezistență - capacitatea lemnului de a rezista distrugerii din cauza solicitărilor mecanice, caracterizată prin rezistența la tracțiune. Rezistența lemnului depinde de direcția încărcăturii, speciile de lemn, densitatea, umiditatea și prezența defectelor.
Numai umiditatea legată conținută în membranele celulare are un efect semnificativ asupra rezistenței lemnului. Odată cu creșterea cantității de umiditate legată, rezistența lemnului scade (mai ales la un conținut de umiditate de 20 ... 25%). O creștere suplimentară a umidității dincolo de limita higroscopicității (30%) nu afectează rezistența lemnului. Valorile rezistenței la tracțiune pot fi comparate numai la același conținut de umiditate al lemnului. Pe lângă umiditate, proprietățile mecanice ale lemnului sunt afectate și de durata sarcinii. Există principale tipuri de acțiune a forțelor: întindere, compresiune, încovoiere, forfecare.
Rezistenta maxima la tractiune. Rezistența medie la tracțiune de-a lungul fibrelor pentru toate rasele este de 1300 kgf/cm2. Rezistența la tracțiune de-a lungul fibrelor este foarte influențată de structura lemnului. Chiar și o ușoară abatere de la aranjarea corectă a fibrelor determină o scădere a rezistenței.
Rezistența la tracțiune a lemnului de-a lungul fibrelor este foarte scăzută și, în medie, este de 1/20 din rezistența la tracțiune de-a lungul fibrelor, adică 65 kgf / cm2. Prin urmare, lemnul nu este aproape niciodată folosit în părțile care lucrează în tensiune peste fibre. Rezistența la tracțiune a lemnului de-a lungul fibrelor este importantă în dezvoltarea modurilor de tăiere și a modurilor de uscare a lemnului.
Rezistență maximă la compresiune. Distingeți compresia de-a lungul și peste fibre. Când este comprimată de-a lungul fibrelor, deformația se exprimă printr-o ușoară scurtare a probei. Defectarea la compresiune începe cu o flambaj a fibrelor individuale, care la specimenele umede de roci moi și ductile se manifestă ca o prăbușire a capetelor și flambarea părților laterale, iar la specimenele uscate și la lemnul tare provoacă o deplasare a unei părți a specimenului. relativ la celălalt.
Rezistența medie la compresiune de-a lungul fibrelor pentru toate rocile este de 500 kgf/cm2.
Rezistența la compresiune a lemnului peste fibre este de aproximativ 8 ori mai mică decât de-a lungul fibrelor. La comprimarea fibrelor, nu este întotdeauna posibil să se determine cu exactitate momentul distrugerii lemnului și să se determine amploarea sarcinii distructive.
Lemnul este testat pentru compresie peste fibre în direcțiile radiale și tangenţiale. La lemnele de esență tare cu grinzi cu miez lat (stejar, fag, carpen), rezistența la compresiune radială este de o dată și jumătate mai mare decât la tangențială; la conifere, dimpotriva, rezistenta este mai mare la compresia tangentiala.
Rezistență maximă la îndoire statică. În timpul îndoirii, în special sub sarcini concentrate, straturile superioare de lemn suferă stres de compresiune, iar straturile inferioare experimentează tensiune de-a lungul fibrelor. Aproximativ la mijlocul înălțimii elementului se află un plan în care nu există nici efort de compresiune, nici de tracțiune. Acest plan este numit neutru; în el apar tensiunile tangenţiale maxime. Rezistența finală la compresie este mai mică decât la tensiune, așa că defecțiunea începe în zona comprimată. Distrugerea vizibilă începe în zona întinsă și se exprimă prin ruperea fibrelor cele mai exterioare. Rezistența la tracțiune a lemnului depinde de specie și umiditate. În medie, pentru toate rocile, rezistența la încovoiere este de 1000 kgf / cm2, adică de 2 ori mai mult decât rezistența la compresiune de-a lungul fibrelor.
Rezistența la forfecare a lemnului. Forțele externe care provoacă mișcarea unei părți a piesei față de alta se numesc forfecare. Există trei cazuri de forfecare: forfecare de-a lungul fibrelor, peste fibre și tăiere.
Rezistența la forfecare de-a lungul fibrelor este 1/5 din rezistența la compresiune de-a lungul fibrelor. La lemnele de esență tare cu grinzi late (fag, stejar, carpen), rezistența la așchiere de-a lungul planului tangențial este cu 10 ... 30% mai mare decât de-a lungul celui radial.
Rezistența la forfecare de-a lungul fibrelor este de aproximativ două ori mai mică decât rezistența la forfecare de-a lungul fibrelor. Rezistența lemnului atunci când este tăiat peste bob este de patru ori mai mare decât rezistența la forfecare
Duritatea este proprietatea lemnului de a rezista la introducerea unui corp de o anumită formă. Duritatea suprafeței de capăt este mai mare decât duritatea suprafeței laterale (tangențială și radială) cu 30% pentru foioase și cu 40% pentru conifere. După gradul de duritate, toate speciile de arbori pot fi împărțite în trei grupe: 1) moale - duritate finală de 40 MPa sau mai puțin (pin, molid, cedru, brad, ienupăr, plop, tei, aspen, arin, castan); 2) dur - duritate finală 40,1 - 80 MPa (zada, mesteacăn siberian, fag, stejar, ulm, ulm, ulm, platan, frasin de munte, artar, alun, nuc, curmal, măr, frasin); 3) foarte tare - duritate finală peste 80 MPa (lucus alb, mesteacăn fier, carpen, câini, cimiș, fistic, tisa).

Duritatea lemnului este esențială atunci când se prelucrează cu unelte tăietoare: frezare, tăiere, decojire, precum și în acele cazuri când este supus la abraziune la construirea podelelor, scărilor, balustradelor.

Rezistența la impact caracterizează capacitatea lemnului de a absorbi lucrul la impact fără a se rupe și este determinată prin teste de încovoiere. Rezistența la impact a lemnului de esență tare este în medie de 2 ori mai mare decât a lemnului de esență moale. Duritatea la impact se determină prin scăparea unei bile de oțel cu diametrul de 25 mm de la o înălțime de 0,5 m pe suprafața probei, a cărei valoare este cu cât mai mare, cu atât duritatea lemnului este mai mică.
Rezistenta la uzura - capacitatea lemnului de a rezista la uzura, de ex. distrugerea treptată a zonelor sale de suprafață în timpul frecării. Testele pentru rezistența la uzură a lemnului au arătat că uzura de pe suprafețele laterale este mult mai mare decât de la suprafața tăieturii de capăt. Odată cu creșterea densității și durității lemnului, uzura a scăzut. Lemnul umed are mai multă uzură decât lemnul uscat.
Capacitatea lemnului de a ține elemente de fixare metalice: cuie, șuruburi. capse, cârje etc. - proprietatea sa importantă. Atunci când un cui este băgat în lemn, apar deformații elastice, care asigură o forță de frecare suficientă pentru a preveni smulgerea cuiului. Forța necesară pentru a scoate un cui înfipt în capătul probei este mai mică decât forța aplicată unui cui băgat peste fibre. Odată cu creșterea densității, rezistența lemnului la smulgerea unui cui sau șurub crește. Efortul necesar pentru a scoate șuruburile (ceteris paribus) este mai mare decât pentru a scoate cuiele, deoarece în acest caz rezistența fibrelor la tăiere și rupere se adaugă la frecare.

Capacitatea lemnului de a se îndoi îi permite să se îndoaie. Capacitatea de îndoire este mai mare la speciile vasculare inelare - stejar, frasin etc., iar la speciile vascularizate împrăștiate - fagul; conifere au mai puțină capacitate de îndoire. Lemnul este supus la îndoire, care este în stare încălzită și umedă. Aceasta crește flexibilitatea lemnului și permite, datorită formării deformațiilor înghețate în timpul răcirii și uscării ulterioare sub sarcină, să se fixeze o nouă formă a piesei.
Despicarea lemnului are o importanță practică, deoarece unele sortimente ale acestuia sunt recoltate prin despicare (nituire, jantă, ace de tricotat, șindrilă). Rezistența la despicare în plan radial al lemnului de esență tare este mai mică decât în ​​plan tangențial. Acest lucru se datorează influenței razelor de miez (la stejar, fag, carpen). La conifere, dimpotrivă, despicarea de-a lungul planului tangențial este mai mică decât de-a lungul celui radial.
Deformabilitate. Sub sarcini de scurtă durată, în lemn apar în principal deformații elastice, care dispar după încărcare. Până la o anumită limită, relația dintre tensiuni și deformații este apropiată de liniară (legea lui Hooke). Principalul indicator al deformabilității este coeficientul de proporționalitate - modulul de elasticitate.
Modulul de elasticitate de-a lungul fibrelor E = 12-16 GPa, care este de 20 de ori mai mare decât peste fibre. Cu cât modulul de elasticitate este mai mare, cu atât lemnul este mai rigid.
Odată cu creșterea conținutului de apă legată și a temperaturii lemnului, rigiditatea acestuia scade. În lemnul încărcat, în timpul uscării sau răcirii, o parte din deformațiile elastice se transformă în deformații reziduale „înghețate”. Ele dispar când sunt încălzite sau umezite.
Deoarece lemnul este compus în principal din polimeri cu molecule de lanț lung și flexibil, deformabilitatea sa depinde de durata stresului. Proprietăți mecanice lemnul, ca și alți polimeri, este studiat pe baza științei generale a reologiei. Această știință ia în considerare legile generale de deformare a materialelor sub influența unei sarcini, ținând cont de factorul timp.

Problemele de conservare a lemnului în sensul strict al cuvântului nu includ împărțirea lemnului în grade. Cu toate acestea, pentru utilizarea cât mai rațională și economică a lemnului, este necesar să se cunoască împărțirea lemnului comercial în grade, precum și proprietățile lemnului care stau la baza diferitelor clasificări.
cheresteaua de constructii iar cheresteaua provine în principal din rasinoase. Clasificarea lemnului și cheresteaua în scopuri de construcție se realizează după două criterii: după scopul lor de construcție și după rezistență, în funcție de tensiunile admisibile. Al treilea tip de clasificare acoperă lemnul comercial utilizat pentru tâmplărie și tăiere pentru diverse meșteșuguri. Baza pentru sortarea acestui tip de lemn industrial este procentul de producție de cheresteaua de o anumită secțiune și calitate. Acest tip de sortare nu contează pentru cheresteaua de construcție și cheresteaua.

Cherestea de constructii.

Acest tip de lemn include cheresteaua cu grosimea mai mică de 125 mm destinată utilizării în construcții. De obicei au dimensiuni standard și nu sunt clasificate în funcție de tensiunile admisibile. Cheresteaua de construcție este împărțită în funcție de secțiune și lungime, fără a ține cont de posibila utilizare pentru meșteșuguri, iar această împărțire se bazează pe scopul general acceptat al materialelor de o anumită dimensiune. Există o clasificare bine dezvoltată a lemnului pentru inginerie civilă.
Cherestea de constructii. Aceasta categorie cuprinde cheresteaua de dimensiuni relativ mari, selectate astfel incat sectiunea de lucru sa fie pusa in cele mai favorabile conditii de lucru. Asemenea defecte ale lemnului, cum ar fi fisurile noduri, serpentine, înghețuri și metalice reduc rezistența lemnului, dar influența lor depinde de modul în care este încărcat arborele. Cherestea de constructii pentru o utilizare mai eficienta, in functie de dimensiune si scop, este impartita in trei categorii principale.
Lafetnik și scândurile de podea sunt lemn tăiat cu o grosime de 5 până la 10 cm și o lățime de 10 cm sau mai mult, selectate pentru rezistența la îndoire atunci când sunt instalate pe margine când sunt utilizate ca grinzi sau plate când sunt utilizate ca scânduri de podea.
Grinzi și grinzi - cherestea tăiată cu secțiune dreptunghiulară de 12,5 x 20 cm sau mai mult, a cărei rezistență este evaluată prin termenii de rezistență la încovoiere atunci când sunt instalate pe margine.
Raft și grinzi - lemn tăiat de secțiune pătrată sau aproape pătrată de 10 x 10 cm sau mai mult, mergând în principal la rafturi și recuzite, astfel încât cea mai importantă calitate este rezistența la compresiune paralelă cu fibrele. Cu toate acestea, cheresteaua de acest grad poate fi utilizată pentru o varietate de aplicații în care rezistența la încovoiere nu este critică. Schelele și cercurile, de regulă, sunt făcute din astfel de bare.
Mai jos sunt prezentate conceptele de bază ale tensiunilor admisibile și principalele defecte ale lemnului.

Tensiuni de bază admisibile.

Acest termen este folosit pentru a desemna tensiunile admisibile pentru lemnul proaspăt tăiat care nu are defecte care reduc rezistența și este utilizat în condițiile în care degradarea lemnului este imposibilă. Ulterior, valorile acceptate ale tensiunilor admisibile au fost modificate în funcție de rezistența diferitelor tipuri de lemn și s-au făcut ipoteze privind durata eforturilor aplicate.
Un anumit factor de siguranță este inclus și în valorile principalelor tensiuni. Tensiunile admisibile (de lucru) pentru diverse sortimente de lemn comercial se obțin prin înmulțirea valorilor principalelor tensiuni admisibile cu coeficientul corespunzător care caracterizează rezistența sau depinde de dimensiunea secțiunii transversale a sortimentului. Factorul de rezistență al oricărui sortiment caracterizează rezistența acestuia, ținând cont de numărul maxim admisibil și dimensiunea nodurilor, dimensiunea buclei și dimensiunea fisurilor din lemnul proaspăt.

Răsuci.

Rezistența lemnului este cea mai mare de-a lungul sau paralelă cu firul și cel mai puțin peste granulație. O răsucire ascuțită face ca tensiunile longitudinale de tracțiune sau compresiune să acționeze într-o direcție peste fibre, adică într-o direcție în care rezistența arborelui este mai mică. Lemnul cu granulație semnificativă este supus răsucirii și deformarii odată cu schimbările de umiditate. Valoarea admisibilă a tortuozității pentru îndoirea lemnului este de 1:20 pentru lemnul de clasa I și 1:8 pentru lemnul având 50% din rezistența lemnului de clasa I. Pentru cheresteaua supusă acțiunii forțelor longitudinale, ondularea este mai puțin importantă decât pentru cheresteaua prelucrată în încovoiere. Cu toate acestea, și în acest caz, trebuie evitată granulația semnificativă, deoarece poate duce la deformarea lemnului sau la formarea de fisuri oblice în timpul uscării.

noduri.

Nodurile reduc rezistența lemnului la îndoire, deoarece determină deformarea fibrelor.
Prezența nodurilor are cel mai mare efect atunci când apar pe suprafețele superioare și inferioare ale piesei de îndoire, deoarece în acest caz rupe sau deformează fibrele exterioare cele mai solicitate ale lemnului. Efectul lor asupra reducerii rezistenței lemnului la tăiere sau asupra compresiei peste fibre poate fi neglijat.

Îngheț, metic sau alte fisuri.

Prezența fisurilor de îngheț reduce aria de rezistență la forfecare a fasciculului. Limitele adoptate pentru aceste fisuri în lemn de structură se bazează pe această caracteristică. Metic și alte fisuri provoacă aceleași daune și sunt supuse acelorași restricții ca și fisurile de îngheț. Aceste defecte ale lemnului nu au nicio consecință asupra rezistenței stâlpilor, cu excepția cazului în care crăpăturile sunt suficient de mari pentru a rupe lemnul în jumătate. Reglementările de construcție limitează dimensiunea fisurilor în stâlpi și știfturi, în principal de dragul aspectului.

Declin.

Scăderea este prezența rotunjirilor cu sau fără resturi de scoarță în loc de nervuri dreptunghiulare tăiate frumos pe cherestea. Acest defect are un efect redus asupra scăderii rezistenței lemnului atunci când se lucrează la îndoire sau comprimare de-a lungul fibrelor. Cu toate acestea, în acele cazuri în care este necesar să se utilizeze întreaga capacitate portantă a piesei atunci când este încărcată peste fibre, prezența unei scăderi este nedorită, deoarece în acest fel aria secțiunii transversale de lucru este redusă. În aceste cazuri, scăderea lemnului nu este permisă.

Duramen și alburn.

Duramenul și alburnul au aceeași rezistență și astfel o creștere a cererii de duramen nu va duce la o creștere a rezistenței produselor din lemn furnizate. Produsele din duramen sunt mai durabile decât produsele din alburn atunci când produsele din lemn netratate sunt utilizate în condiții în care este susceptibil să putrezească. Prezența alburnului, pe de altă parte, este foarte de dorit în toate produsele din lemn supuse impregnării, deoarece este ușor de impregnat cu conservanți standard în cazul impregnării sub presiune. Alburnul impregnat conform specificațiilor durează mai mult decât duramenul celor mai durabile lemne.

Influența duratei sarcinii.

Orez. 1. Dependența tensiunilor de funcționare de durata aplicării sarcinii

Într-un timp scurt, lemnul poate rezista la suprasolicitare semnificativă. Prin urmare, sarcina pe termen lung timp de câțiva ani, suficientă pentru a distruge arborele, este de aproximativ 9/16 din sarcinile pe care arborele le poate rezista în condiții de laborator. Pe graficul din fig. 1 prezintă relația dintre tensiunile admisibile și durata aplicării sarcinii.
Numai în cazuri rare, o structură din lemn este supusă în mod continuu la cele mai mari sarcini admise pe toată perioada de funcționare. Prin urmare, tensiunile de funcționare stabilite de reglementările locale se bazează de obicei pe așa-numitele condiții normale de încărcare. Aceste reguli stabilesc durata maximă de aplicare a sarcinii timp de 10 ani, după care, pentru întreaga durată de viață rămasă a structurii, se presupune că sarcina admisă pentru aceasta este de 90% din maxim.
Durata celei mai mari sarcini pentru majoritatea structurilor depășește rar cea de mai sus, iar ajustarea tensiunilor în conformitate cu o astfel de schemă pentru determinarea sarcinilor permite proiecte mai economice. În cazurile în care, totuși, un element structural este supus unei sarcini maxime continue sau durata totală a sarcinilor repetate depășește limita de mai sus, este necesar să se calculeze tensiunile corespunzătoare aplicării continue a sarcinii. De obicei valoarea acestor tensiuni este de 90% din tensiunile adoptate pentru sarcina normala.
Principalele tensiuni admisibile pentru lemnul de clasa I, calculate pe termen lung servicii la sarcina maximă de proiectare1

1. Aceste tensiuni sunt derivate pentru lemnul proaspăt tăiat și pot fi acceptate cu corecții cunoscute pentru lemn după orice timp de uscare.
2. Denumirile speciilor forestiere sunt preluate din denumirile stabilite de Serviciul Silvic al SUA. Denumirile comerciale sunt indicate între paranteze.